虹橋火車站是上海軌道交通2號線和軌道交通10號線的換乘站，位于上海虹橋綜合交通樞紐、高速鐵路虹橋站及規劃中的磁浮虹橋站西側。上海軌道交通5號線北延伸(規劃)、軌道交通17號線(在建)、軌道交通20號線也會經過本站，成為五線換乘站。

虹橋火車站2號線、10號線和規劃17號線位于同一層面，共有三個島式站臺，其中2號線和17號線為雙島式同站臺換乘站，10號線則使用另一個島式站臺。在17號線開建前，17號線線軌道部分暫時被填埋支撐，用于2號線站臺。本站與另外兩個西延伸段二期車站均裝上屏蔽門，亦是第二批二號線裝上屏蔽門的新車站。