臺北車站

車站構造

車站主體為地上6層、地下4層、長149公尺、寬110公尺之建築；一樓大廳東、西、南、北各有四個出入口，二樓為微風臺北車站美食街，三樓以上樓層為臺灣鐵路管理局本部辦公室。地下1樓為穿堂層，北側透過中山地下街、臺北地下街與京站時尚廣場、機場捷運站、臺北轉運站連通；南側與誠品站前店連通。臺鐵、高鐵月台層位於地下2樓，共有4個島式月台、9線軌道；原本全由臺鐵使用，後轉移其中的2個月台、4線軌道給予高鐵使用。本站與鄰近的善導寺站、台大醫院站，以及中正紀念堂站均設計為民防車站，以防止空襲及炸彈破壞。
臺北捷運板南線的地下三層車站、淡水信義線的地下四層車站，本站設有半高式月台門。地下第2層則為進、出站閘門與兩線間轉乘穿堂層；地下1層與站內地下商場連通，並有8個出入口。出口M6與壽德大樓和億公司 HOYII北車站美食商場及臺北凱撒大飯店Metro A8地下美食街連通；西側與站前地下街、誠品站前店連通。
由於其龐大而複雜的站體結構在台灣非常少見，因此又被戲稱為「全台最大迷宮」，臺鐵甚至為此研發導航APP。

電子票證

2008年6月20日，臺北車站之臺鐵月台出入口部分，正式試辦啟用悠遊卡功能，位處第一段可使用電子票證區間（臺北－樹林），同年8月1起可持悠遊卡至剪票口感應進站搭乘至基隆至中壢間19個車站，不限車種搭乘。於2011年1月1日，因應臺鐵多卡通驗票閘門啟用，於本站之臺鐵月台出入口持悠遊卡通皆可使用多卡通驗票閘門，本站臺鐵部分開放使用悠遊卡、一卡通及icash 2.0、HappyCash付費，使用範圍為臺鐵全線各站（含支線），不限車種搭乘（惟觀光、團體、郵輪式、太魯閣、普悠瑪等指定列車除外）。

旅客流量

於臺北車站乘車的臺鐵旅客常年為所有臺鐵車站之冠，以2011年為例，上車人數總計23,670,048，下車23,666,988，合計一年約4,700萬人次。平均一日129,691人次。除此，該車站也是臺北捷運系統旅運量最大的車站，2019年7月平均每日進出約341,950人次（尚不含未出票閘而在板南線與淡水信義線間換車的數十萬人潮）。若再加上高鐵乘客每日平均人次、臺北轉運站（每日4.6~6萬人次）、地下街、周邊商圈的人流等，每日進出人數更高達50萬人次以上。
捷運二期路網陸續完工，預計可空出3成轉乘人潮。

第一代車站

第一代臺北車站位於大稻埕市街南側，於清光緒17年（1891年）10月20日隨著分別往新竹與基隆的鐵路相繼通車而啟用，為一座歐洲式棚式車站。日本殖民臺灣後，第一代車站持續使用至明治34年（1901年）8月25日，同時專營貨運；『淡水河岸貨物取扱所』。同年10月房舍租給「汽車會社」（今川崎重工業）作為工廠使用；明治41年（1908年）拆除，但保存屋頂的鋼製屋架。鋼製屋架的24組鋼梁鉚接組中，有11組於明治42年（1909年）成為臺灣總督府鐵道部臺北工場油漆工場屋頂的鋼製屋架，另外13組也成為客車工場屋頂的鋼製屋架；昭和14年（1939年），臺北工場遷至松山後，油漆工場與客車工場皆改作為辦公室；戰後，原油漆工場於1950年拆除，原客車工場則改作為臺灣鐵路管理局禮堂（闢建市民大道時拆除4組鋼梁鉚接組），禮堂剩餘部分已經被列為古蹟，正在進行修復工作。
第一代車站於明治41年（1908年）拆除後，大稻埕停車場於同年遷至此地。該站原先於明治35年（1902年）2月1日在此地西南方的淡水河邊設站，兼辦客運『大稻埕乘降場』，同年6月1日改稱『大稻埕停車場』；明治36年（1903年）成為淡水線鐵路發車站。明治41年（1908年）遷至第一代車站舊址，並且原地新建日式木造車站；大正5年（1916年）8月17日改為貨運站，客運由同日啟用的北門乘降場接辦；昭和12年（1937年）12月1日樺山貨物驛落成後，大稻埕停車場廢止。

第二代車站

為配合鐵路改線、市區改正計畫與考量日本人需求，將車站位置向東移至臺北府城北側城牆（後來城牆被拆除，改築為「北三線路」，即今忠孝西路）附近，車站正門開在「表町通」（今館前路），並與臺灣總督府博物館（今國立臺灣博物館）遙遙相立。
帶有文藝復興風格的第二代車站，於明治34年（1901年）8月25日隨著淡水線通車及新竹至基隆鐵路改線完工而啟用（當時稱為「臺北停車場」）。隨後並於明治41年（1908年），在第二代車站斜對面興建當時以設備高級著稱的臺北鐵道飯店（1945年毀於美國與中華民國聯軍空襲，現址為新光摩天大樓）。
原本臺北車站也兼辦貨運，但在樺山貨物驛（戰後改名為華山貨運站，已廢止）於昭和12年（1937年）12月1日落成後，貨運又隨之停辦。

後車站

大正12年（1923年）3月6日，另外興建於車站內軌道區北側，規模較小的臺北後車站（當時稱為「裏臺北驛」）啟用，取代同日停用的北門驛成為淡水線鐵路的新端點站，並便利當時聚居於大稻埕的本島人（即台灣人）進出車站。臺北後車站為一棟木造建築，建築外貌較為小巧。台灣人稱「裏臺北驛」為「後車頭」，或沿用日本人的「後驛」稱之。
臺北後車站於1988年隨著淡水線鐵路廢止而停用，民間原計畫發起保存後站站房，但1989年9月23日突然被火燒燬。目前在原址附近的市民大道與太原路口設有「後火車站懷舊廣場」（2001年9月落成），該廣場上布設了一座簡易月台，及陳列由臺鐵提供的單節客車。

第三代車站

由於原有的前站空間不敷使用，因此自昭和14年（1939年）起原地改建為帶有現代主義風格的方塊型水泥建築（第三代車站，昭和16年（1941年）落成，當時改稱「臺北驛」），內部可用空間也因此增加不少。此外，昭和5年(1930年)從民營收歸市營的公車，也以臺北車站作為路線的主要端點站之一。
戰後，第三代車站持續留存使用，並於1977年南港調車場落成後，利用前站與後站間，原本的客車場用地增建兩座月臺。由於位處市中心，過去公路局長途客運（現在的國光客運）的臺北總站即位於前站兩側，加上行經車站附近道路並設站的市區公車、短程客運路線越來越多，大臺北地區最大交通轉運站的地位因此逐漸確立；車站建築也成為臺北市的交通地標，以及許多北上旅遊、工作或求學的中南部民眾對於臺北的重要印象。
進入1980年代之後，隨著臺北鐵路地下化專案第一階段工程啟動，第三代車站面臨被拆除的命運。1986年2月24日，在完成最後一次春節疏運任務後，第三代車站正式停用，並自3月1日開始拆除。

臨時車站

鐵路地下化過程中，工程單位拆除第三代車站東側的扇形機車庫，於扇形機車庫及第三代車站原址間興建新的地下化車站。由於第三代車站已經先行拆除，因此臺鐵曾於第四代車站啟用前，在第三代車站舊址西側興建臨時車站使用，而被部分民眾認為是第四代車站。於2000年拆除。

台灣高鐵臺北車站

過去鐵路地下化「萬板專案」中，作為臨時線路興建的臺北—萬華段南隧道，早已經預定未來將移交高鐵使用。不過由於現有地下化的臺北車站原本規劃為專供臺鐵使用，相關單位一度認為有必要在原有的臺鐵車站之外，單獨新建高鐵車站，因此並未針對臺北車站及週邊的規劃進行修正。但交通部高速鐵路工程局重新評估設站計畫後，卻發現難以另行興建車站（南隧道直接連結地下化的臺北車站月臺，附近的地下空間又已經用完），造成日後臺鐵必須交付臺北車站四個月臺當中，南側的兩個月台、以及相應的四線股道給高鐵使用，且松山—臺北段南隧道也必須連帶交付。
臺鐵認為自身運量極大，兩個月台不足以應付需求，所以只願意交付一個月台與兩線股道。但許多專家評估後認為：高鐵需要兩個月台才能正常營運。確定政府必須遵守其與臺灣高速鐵路公司間的合約後，為了降低交付月台與股道可能造成的衝擊，臺鐵先行縮減月台使用，改為現今的運用模式；此外也減少列車班次。後來受到臺鐵員工臥軌抗爭（第二次臥軌）影響，又暫時恢復為使用四個月台：南下列車由第二月台到發，北上列車由第三月台到發，第一、四月台則作為臨時月台。2004年4月5日，臺鐵正式將兩個月台與四線股道永久轉交給高鐵使用。
由於高鐵臺北－板橋段是由交通部臺北市區地下鐵路工程處負責施作，高鐵仍需就原有設施進行改建，但大規模改建可能會影響到同區間臺鐵隧道的正常營運，高鐵車站因此延後啟用。2007年2月1日，交通部核發高鐵臺北站－板橋站段營運許可。北上列車自2月14日延伸行駛至臺北站，供乘客下車，但不開放乘車；3月2日才開放乘客於臺北站上車。南港站於2016年7月1日啟用後，高鐵北端的起訖站從臺北站轉移至該站。

車站改善工程

有鑑於現有臺北車站站房完成已經超過二十年，由於當年設計未有長遠考慮，其進出站動線、設施已經不能滿足捷運、高鐵、公路客運等甚至機場捷運帶來的龐大旅客需求，故自2010年底起配合誠品站前店地下街工程，率先完成「地下一樓東側人行通道新建工程」及「地下一樓西側人行通道貫通工程」，作為整個改善工程的開端。此外，除了針對動線標示、消防設施、化妝室改善及大廳屋頂翻修外，原置於車站一樓中央的臺鐵售票設施於2011年9月19日西移，使中央區域成為開放之公共空間，並可做為展演場地之用。原設於售票房上方兩面的翻牌式時刻表原本將報廢，但因其為全臺僅有具獨特性，經爭取後一面隨售票房西移工程搬遷續用，置於中央大廳西側，旁邊置有書法家董陽孜之「臺北車站」題字，另一面則拆下保存。全部改善工程至2012年6月完工，總經費約新臺幣8到9億元。
此外，臺鐵與承包站內商場經營的微風廣場合作，2016年10月7日於中央大廳東側啟用「嘟嘟鐘」裝置藝術時鐘，每天上午6時至午夜12時的每個整點進行長達2分36秒的報時表演，以台語民謠《丟丟銅仔》為主題旋律。中央大廳內的多媒體影音牆也會與嘟嘟鐘連動，播出臺鐵的鐵道風貌。
除了車站內部之外，臺北車站站房自2012年11月22日起進行屋頂翻修，2015年5月11日起動工進行屋頂鋪設，將原以混凝土鋪設的屋頂改為陶製瓦片，於2016年7月完工。