1番線の0キロポスト（2005年2月撮影）
1・2番線は中央線ホーム（2005年8月31日撮影）
3・6番線から発着する京浜東北線（2006年9月2日撮影）
4・5番線から発着する山手線（2006年9月2日撮影）
7・8番線は東海道線ホーム（2006年1月13日撮影）
9・10番線は主に東海道本線の優等列車や快速アクティーが発着する（2006年1月13日撮影）
新幹線地上ホーム
20 - 23番線（東北・山形・秋田・上越・長野新幹線）
島式2面4線の高架ホームである。このうち20番線は10番線のすぐ東にある。当初、東北・上越新幹線が当駅に延伸した際は現22・23番線（当時12・13番線）の島式1面2線のみで発着し、一部の定期列車と臨時列車は上野駅発着を原則としていた。しかし、1997年の長野新幹線開業に伴い1・2番線を高架化した上で3 - 10番線を丸の内側にスライドする工事を行い、当時9・10番線（東海道線）だったホームを20・21番線とし、現在の2面4線の構造になるとともに定期列車の全列車と臨時列車の大半が当駅発着になった。なお、臨時列車は2005年12月10日のダイヤ改正からすべて当駅発着に変更されている。
10番線の隣りに20 - 23番線と変則的な番線数になってしまったのは、東海道新幹線がJR東海の管轄であることにより、通し番号にするのが困難であったためである。それでも1日300本を超える新幹線をこの2面4線ホームで扱うため、運用に余裕はないようである。20 - 23番線と駅外との直接連絡は八重洲北側の日本橋口改札のみで、それ以外は在来各線または東海道・山陽新幹線との連絡改札を通る必要がある。
14 - 19番線（東海道・山陽新幹線）
島式3面6線の高架ホームである・このうち14番線は23番線のすぐ東にある。14・15番線は神田寄りが丸の内側へ湾曲している。駅外との直接連絡は八重洲南・中央・北口および日本橋口である。前述の通り、コンコースでは改良工事が行われている。
14・15番線の神田寄りが大きくカーブしているのは東北・上越新幹線との直通を想定したためだったが、電源周波数の違いやJR東日本・東海両社の兼ね合いなどからこの構想は実現されていない。技術的には長野新幹線用車両（E2系）ですでに50/60Hz両対応が実現しているため、両社の営業的・経営的な合意が行われれば、東北・東海道両新幹線の直通運転は可能とされる。
18・19番線の南側には新幹線の鉄道建設碑があり、開業に全力を注いだ第4代国鉄総裁・十河信二のレリーフと「一花開天下春」の座右の銘が飾られている。
総武地下ホーム
総武地下1 - 4番線（横須賀線・総武線（快速）・成田エクスプレス）
島式2面4線の地下ホームで、地下5階に位置する。中央通路を丸の内側へずっと向かった階段の先にのりばがあり、東京地下鉄丸ノ内線との乗り換えは比較的近いが、京葉線との改札内乗り換えは非常に遠い。このホームと下記の京葉地下ホームは地上・高架ホームとは番線番号が通しではない。ホームへはエレベーターまたは長いエスカレータを使用することになる。なお、各ホームの両端に業務用のエレベーターがある。
ホームがある東京トンネルの区間の保安設備は2004年2月29日にATCからATS-Pに更新されている。首都圏のATS-P対応車両であればこの地下ホームへの発着が可能である。
このホームは、構造上、地下水上昇による浮上問題にさらされている。これに関しては#地下水上昇問題を参照のこと。
なお、このホームにつながる通路で地下1階から一気に地下4階のコンコースに進む点とホームが地下5階にある点に秋庭俊は謎の空間の存在を示唆している[3]。
総武地下ホームは1 - 4番線。横須賀線列車も発着する（2007年9月27日撮影）。
京葉地下ホーム
京葉地下1 - 4番線（京葉線・武蔵野線・外房線特急「わかしお」・内房線特急「さざなみ」）
島式2面4線の地下ホームで、地下4階に位置する。新幹線八重洲南乗り換え口脇から南に約500mの所、鍛冶橋通りの地下（有楽町駅との中間点）にあり、ホームは東西に伸びる。ここは当初成田新幹線用の駅として計画され、日本鉄道建設公団（現・鉄道建設・運輸施設整備支援機構）により建設された[4]。その後、同路線の建設が中止された後、JR東日本の施行により京葉線の駅として完成した[5]。
他のホームから離れていることから八重洲口側にオートウォーク（動く歩道）が設置され、その両端にエスカレータとエレベーターが設置されているが、それでも徒歩10分以上はかかる。
