西直门站是一个位于中国北京市西城区展览路街道与新街口街道交界西直门内大街、西直门外大街、西直门南大街、西直门北大街、北京二环路交叉口西直门桥下方，属于北京地铁2号线、4号线和13号线的地铁换乘站。因所在地是原北京内城西直门原址而得名。这座地铁车站是西直门交通枢纽的一部分。
西直门站是继东直门站后北京地铁第二座实现三线换乘的车站。据统计，2013年7月西直门站日均换乘量34.4万人次，为当时北京地铁所有换乘站中换乘量最大的车站；而西直门站的进出站量在工作日和周末均排在北京地铁各站的第五位。
西直门站的2号线、4号线车站同时建于1970年代，西直门地铁站最初属于北京地下铁道二期工程，2号线车站于1984年9月20日北京地铁二期工程（即北京地铁2号线自复兴门站，经西直门站、东直门站至建国门站区段）正式通车时投入运营。二期工程西直门站建设时为当时规划的3号线预留了完整的车站，后来由于规划调整，预留车站作为4号线车站于2009年9月28日随北京地铁4号线正式开通投入使用。13号线车站于2002年9月28日随北京地铁13号线西段线路（西直门站至霍营站区段）开通投入运营。
西直门站的2号线、4号线车站位于西直门外大街－西直门内大街与西直门南大街－德胜门西大街（二环路）、西直门北大街、交汇处的西直门立交桥区地下。2号线车站沿二环路呈南北向布置，4号线车站沿西直门外大街呈东西向布置，两线车站呈“十”字形交叉。13号线车站在2号线、4号线车站西北侧，位于国铁北京北站的西侧，毗邻西环广场之间，为南北纵向尽端式高架车站，呈大致偏向西北–东南向布置。
4号线站台（2021年2月）
13号线站台（2016年7月）
西直门站为2、4、13号线三条线路的换乘车站。
西直门站各个组成部分分布在七层中，其中地上三层、地下四层。
2号线和4号线车站均为地下车站，2号线车站在上（地下三层），4号线车站在下（地下四层），均为端头厅岛式站台设计。站台中部有两线之间换乘楼梯，两线车站4个端头厅通过四段通道相连形成环形换乘通道，并连接四个方向的地面出入口，在环形通道西北方向连接位于地下一层的换乘大厅通向13号线车站。
13号线车站为地上三层高架车站，站台层在地上三层，为两岛一侧三线站台，西班牙式布局，由其它两条线路转乘13号线（始发）的旅客上到中间的岛式站台，而由13号线（终到）到来的旅客则在两边的侧式站台下车出站或换乘，地上二层为站厅层，地面首层为出入口。13号线北端站台站前分别设有一条单渡线及交叉渡线，供13号线所有列车进行站前折返。13号线车站站台通过连续通道连接位于地下一层的换乘大厅，再与2号线、4号线车站由换乘通道相连。13号线车站内有一卡通充值/退卡点。
由于2号线和13号线都是早期建成的地铁线路，在开通投入使用时站台都没有安装屏蔽门，只有4号线车站开通投入使用时站台安装了屏蔽门。13号线、2号线西直门站分别在2013年、2017年安装启用了半高安全门。
地铁2号线西直门站内环、外环站台分别装饰有名为《燕山长城图》和《大江东去图》的壁画，这两幅壁画均由张仃主持设计。
西直门站可以在2号线、4号线和13号线之间换乘。13号线车站同2号线、4号线车站之间换乘距离很长，2号线同4号线车站之间换乘距离较近。早期由于与13号线车站换乘通道建设滞后，换乘需绕行，曾有过最“复杂”换乘站的名声。
西直门站最初13号线与2号线之间换乘需出站到地面再由出入口进站，故两站间换乘当作两段车程，乘客需另缴费。
2号线与13号线换乘的通道是2008年建成的（当时地铁4号线未开通），启用地下一层换乘大厅，自此西直门站2号线换13号线才能在站内换乘。自2009年9月1日开始，为配合地铁4号线开通运营，13号线换乘2号线的路径方向进行相应调整。 但由于客流量大，为了限流西直门部分换乘电梯被关闭。
西直门站环形换乘通道（2011年9月）
西直门站长换乘通道（2014年1月）
西直门站2号线与4号线换乘通道的分歧点（2016年4月）
2011年9月24日，地铁西直门站在既有的两条换乘通道基础上再开通一条直接至换乘大厅新的换乘通道。至此，13号线换乘2号线、4号线时不再经地面，告别站外绕行，西直门站所有换乘都在站内进行。
2号线换乘4号线，由2号线站台中部换乘楼梯直接下到4号线站台，此换乘路径最短。4号线换乘2号线，由4号线东端站厅经过东南方向环形通道到达2号线南端站厅。2、4号线换乘13号线，往西北方向通道到达地下一层换乘大厅，再进入13号线站厅，反之为13号线换乘2、4号线。西直门站换乘客流巨大，另外由于2号线建设年代较早换乘通过能力不足，为引导乘客在换乘通道单向流动，换乘有方向限制，不得逆行，以免双方向大客流相互冲击。西直门地铁站换乘比较复杂，客流量大时还要设立导流围栏蛇形缓冲区，对于不熟悉的乘客感觉如同迷宫。
2号线、4号线车站一共有5个出入口：A1、A2（西北）、B（东北）、C（东南）、D（西南）。
13号线车站有2个出入口：E（北）、F（南）。
