地上駅で、橋上駅舎を備える。
のりば

在来線ホームは単式ホーム1面1線（1番線）と島式ホーム1面2線（2・3番線）、計2面3線である。3番線は田沢湖線用標準軌であり、線路はホーム中ほどで途切れている。

新幹線ホームは頭端式ホーム1面2線である。在来線ホームと比べると狭い。秋田新幹線は田沢湖線 - 奥羽本線秋田方面直通のため、当駅でスイッチバックが行われる。在来線島式ホーム田沢湖線用線路終端部付近に中間改札が設置されており、そこから新幹線ホームへ通路が延びている。

番線路線方向行先
狭軌
1■奥羽本線下り神宮寺・秋田方面[5]
2上り横手・湯沢方面[5]
標準軌
3■田沢湖線上り角館・田沢湖方面[5]
11■秋田新幹線盛岡・仙台・東京方面[5]
12下り秋田方面[5]

構内

中央改札口は2階にある。ただし、全国花火競技大会の開催時は、西口（旧中央口等）1階に臨時改札口が設置される。

直営駅（駅長配置）であるが、新幹線乗換改札口はJR東日本東北総合サービスへ委託している。管理駅として、奥羽本線神宮寺駅 - 羽後境駅間及び田沢湖線田沢湖駅 - 北大曲駅間各駅を管理する。

みどりの窓口・自動券売機・指定席券売機が設置されている。また、新幹線乗換改札口には新幹線自動改札機、中央改札口には在来線自動改札機が設置されている。この自動改札機は新幹線eチケットサービス利用者向けに同サービスで利用出来る交通系ICカードとして対応しているが、在来線乗車時には利用はできない。新幹線ホーム、みどりの窓口兼待合所にはキオスクがある。

1965年（昭和40年）頃までは構内に横手機関区大曲支区が設置されていた。1963年（昭和38年）まではSLも配置されており、国鉄C11形蒸気機関車が3両配置されていた（C11 66・107・135）。現在は既に撤去済だが、機関区構内には転車台も設置されていた。

中央改札口（2024年5月）

新幹線乗換改札口（2024年5月）

1 - 3番線ホーム（2024年5月）

11・12番線ホーム（2024年5月）

田沢湖線終点の案内[注釈 3]（2008年5月）

駅舎内階段付近（2008年5月）

全国花火競技大会開催時

花火大会開催日は臨時改札口の他、行先別に区分けするためのフェンスが設置される。

駅舎西口広場内に、駅舎に向って右側よりこまち・田沢湖線（盛岡方面）・奥羽本線（横手方面）・奥羽本線（秋田方面）に分けられる[6]。

こまち列は更に右側より指定席・立席（秋田方面）・立席（盛岡方面）に分けられる[6]。



方面別に分けられた入場用通路

普通列車乗客待機スペース

常設臨時入場口

駅弁

2017年（平成29年）ごろまでは、主な駅弁として以下を販売していた[7]。

秋田日本海たこびより

利用状況

JR東日本によると、2022年度（令和4年度）の1日平均乗車人員は1,676人である[利用客数 1]。

2000年度（平成12年度）以降の推移は以下のとおりである。

乗車人員推移
年度1日平均
乗車人員出典
2000年（平成12年）2,748[利用客数 2]
2001年（平成13年）2,631[利用客数 3]
2002年（平成14年）2,479[利用客数 4]
2003年（平成15年）2,423[利用客数 5]
2004年（平成16年）2,389[利用客数 6]
2005年（平成17年）2,337[利用客数 7]
2006年（平成18年）2,350[利用客数 8]