高鐵桃園站位於桃園縣中壢市，地處桃園台地之青埔地區，距離中壢市６公里、桃園市１０公里，距離桃園國際機場約７公里。高鐵桃園站位於台灣高鐵里程４２公里+２８５公尺處，服務範圍涵蓋桃園市、中壢市、大園鄉及蘆竹鄉，往來桃園國際機場的旅客亦將以高鐵桃園站為南北轉運樞紐。
高鐵桃園站位於桃園國際機場飛航起降區內，因此受限建築物高度關係，為台灣高鐵公司於全線新建車站唯一的地下化車站，採地下化軌道及候車月台。
高鐵桃園站的設計取材自燈籠的意象，運用大片玻璃帷幕加上細長鋼柱，輔以燈光照明設計，塑造燈籠意象，讓高鐵桃園站成為地標建築，車站夜間燈光造景更是青埔地區的視覺焦點。
車站大廳的玻璃帷幕營造出穿透的空間，旅客進入車站後，可清楚一覽旅客大廳及車站外部景觀，讓車站廣場與旅客大廳在視覺上融為一體，增加桃園站的視野開闊性。
高鐵運務管理中心位於高鐵桃園站南方，是台灣高鐵的營運調度中樞，以無落柱大廳及複層玻璃，搭配灰色與磚紅色牆面為建築元素，簡潔大方的外觀凸顯運務管理中心的現代化與效率。
車站主體
高鐵桃園站為地上１層及地下２層之鋼骨鋼筋混凝土建築，共分為車站大廳、穿堂及月台３層。壹樓大廳為旅客購票及轉運的主要空間。東南側設置計程車排班區提供旅客轉乘運輸服務；另於車站東北側及西北側亦設置有小客車臨停區，供自行開車旅客臨停使用。大廳中央有電動手扶梯、樓梯及電梯通往地下１、２樓。
旅客大廳的服務設施包括：１.售票處：旅客大廳設置３個一般及１個無障礙購票窗口，提供旅客臨櫃購票服務。
２.自動售票機：旅客大廳設置１２座自動售票機，提供旅客自行操作購票。
３.站內補票機：設置２座站內補票機，提供旅客自行操作補票；旅客補票時以舊卡插入進行補票程序，再以新票卡通過閘門。
４.旅客資訊顯示系統：設置於大廳、穿堂及月台共２１處，提供旅客行車資訊。
５.旅客服務台：設置於旅客大廳，提供旅客遺失物查詢、廣播服務及其他諮詢。
６.無障礙電梯：旅客大廳設置２座電梯提供一般民眾及行動不便旅客使用。
７.驗票閘門：設置９座驗票閘門，自動化查驗旅客票證，並視到/離月台旅客流量及現場作業，調整進出閘門數量。
８.無障礙廁所暨親子廁所：旅客大廳及地下一樓候車區皆設有無障礙廁所，設計感應式沖水設備、嬰兒座椅及育嬰板，提供一個安全且人性化的如廁空間。
９.商業區：於旅客大廳南北兩側設置４區商業空間，提供民眾及旅客餐飲購物服務。
地下一樓為連結旅客大廳及月台的穿堂，寬廣的空間設計是旅客等候列車之主要空間，並設置以下服務設施：１.育嬰室：為體貼旅客需求，候車室旁設置育嬰室，有洗手檯、尿布更換檯、親子沙發及及恆溫飲水機等人性化設施，並規劃哺乳室，內有播放音樂及陳列雜誌，提供家長溫馨舒適的育嬰空間。
２.商業空間：設置於候車區南北兩側，提供旅客購物服務。　
地下二樓為旅客上下車的月台區域，包括２座側式月台以及４股軌道（２股停靠軌、２股通過軌），每座月台長４２０公尺，寬９公尺。每一月台除一般樓梯之外，另設有２座逃生梯，如遇緊急事故時，旅客可依指示由疏散梯直接到達地面空曠處。
運務管理中心
高鐵桃園站南方之運務管理中心，為樓高１９公尺的４層樓建築，以通廊與車站連接。運務管理中心肩負行車調度、運務管理、營運訓練等功能，面對車站與立體停車場形成一軸線，為台灣高鐵營運的神經中樞。
立體停車場
立體停車場為地上３層地下１層之建築物，以通廊與車站主體連結，可停放８９６輛小型車及６２０部機車，未來可視營運規模增建至地上５層。
聯外交通
高鐵桃園站與桃園國際機場捷運Ａ１８站共站，未來將成為桃園地區交通網路之樞紐，透過新闢之高鐵南北路（橋下道路）、國道一號、國道二號、台６６線快速道路、縣道１１３、１１３丙、１１０與１１０甲等重要道路交通系統，旅客可快速轉往桃園地區所有重要城鎮。
高鐵桃園站為滿足旅客不同的轉運需求，規劃多樣的轉乘服務，包括：１.機場捷運：本路線完工後，旅客可搭乘捷運快速前往中壢市區、桃園國際機場、蘆竹及林口等地。
２.計程車：車站東側設置計程車排班區，比照國際機場之排班服務模式，提供安全、舒適與便利之轉乘服務，且不向乘客加收服務費用。
３.公車：設置於車站東南及西南側，初期提供７條路線，服務範圍包含桃園國際機場、桃園市區、中壢市區、大園、南崁、鶯歌、三峽、觀音及新屋等地區。
４..租車：設置租車服務櫃檯，提供優質的租車服務。
５.預約接駁：提供各重要飯店、遊樂區、工商活動重點地區的預約快速接駁服務。
６.停車場：車站停車場可停放８９６輛小型車及６２０部機車，民眾可將車輛停妥後至車站大廳輕鬆接送親友。