上海火车站地铁站（3号线、4号线车站曾称上海站站）位于中国上海市静安区天目西路街道，邻近国铁上海站，属于上海地铁1号线、3号线与4号线的地铁换乘站。1号线站台位于上海火车站南广场地下，3、4号线共用站台则位于国铁上海站站房东北侧。1号线车站由上海市隧道设计院设计。
1号线位于铁路上海站南广场地底，站厅、站台呈南北向布置。站厅位于地下一层，设有2组进站闸机和1组出站闸机。
站台位于地下二层，为岛式站台。本站北面有两条折返线，在北延伸一期（上海火车站至共富新村）通车前，上海轨道交通1号线所有列车清客后会开往掉头路轨，再前往莘庄站方向的站台上客。北延伸通车后，莘庄站至本站就成为小交路线，而莘庄站至共富新村站/富锦路站便成为大交路线。上海地铁原计划在2009年将小交路线延伸至通河新村站，而本站北面两条折返线将会成为存车线。但由于2004年通河新村站在试车时发生列车挤岔碰撞事故，该计划已搁浅至今。
3、4号线车站位于铁路上海站北广场东部交通路太阳山路处。车站站厅、站台呈东西向布置。站厅位于地下一层，分为东站厅和西站厅。
西站厅于2017年1月18日重新装修后启用，面积3690平方米。西站厅设有1台无障碍电梯，3台自动扶梯，2个出入口（5号和6号），13台门式进出闸机，解决了车站原东站厅限于地下空间限制，无直梯和扶梯的问题。站厅墙面装饰通过将上海城市街景抽象化，并采用了多种色彩以呈现上海市活力四射、精彩纷呈、海纳百川的城市面貌。而站厅中央的吊顶挂有七色铝挂片，通过借喻信封和明信片以展现上海城市名片，同时表达游子思乡的情感。
站台位于地面，3号线与4号线共用一座地面岛式站台，站台设有半高屏蔽门以保证安全。该站台平行于上海火车站的轨道，股道被夹在北站房和候车室之间。
该站为3号线与4号线的换乘站，但不能实现1号线与3号线、4号线之间的站内换乘。自2008年6月1日起，上海公共交通卡乘客可在1号线车站和3、4号线车站间进行出站换乘，里程连续计算，其前提是出闸到入闸时间需在30分钟内，且出入的闸机不可是一条线路。但单程票乘客在此站仍不能进行1号线车站和3、4号线车站间的换乘，出站后需另行购票，里程不连续计算。两个站台在付费区内互不连通，但在非付费区有通道连接。该通道同时作为上海火车站南北广场的连接通道。乘客如需站内换乘1号线与3号线可在上海南站站转车；换乘1号线与4号线可在上海体育馆站转车。
1号线和3、4号线分别使用独立的出口编号，此外部分站厅还设有未编号的专用、单向进出口。
1号线的出口主要通往铁路上海站的南广场附近。铁路上海站东南出口设有通往1号线站厅的快速进站口，乘客在经过铁路出站闸机后无需再次安检，可直接购买地铁车票并进站。2018年7月10日起，该通道仅在每日9：00-17：00开启。
西站厅位于上海站北广场地下一层，在站厅西侧设有未编号的入口与上海站西北出口、上海长途客运总站连接；东侧设有一个未编号的出站通道。
