地上駅。駅構内は、北側から順に着発線群・留置線群、大井機関区の検修庫、コンテナホームの順に配置されている。コンテナホームは5面10線存在する。また、西端のホーム上にコンテナ検修庫が備えられている。

駅西側に隣接して東海道新幹線の大井車両基地があり、そこに併設されている保線基地にレールを引き渡すクレーンがホームの西側に置かれている。

構内の東側には、遊休地を活用した複合物流施設「エフ・プラザ東京」が、A棟からL棟までの合計11棟置かれている。A棟は佐川急便、B棟はヤマト運輸、C1棟はリリカラ、C2棟はダイワコーポレーション、D棟は近鉄エクスプレス、E棟は東邦薬品、F棟は札幌通運、G棟は日本運輸倉庫、H棟とI棟はシンシア、J棟はDHL、L棟は日本通運が使用している。また、JR貨物グループの東京貨物開発のコンテナ複合施設（大井事業所）がコンテナホームの南側にあり、これらにも複数のテナントが入っている。

2006年3月から改良工事が行われ、2007年3月ダイヤ改正から新ホームの使用を開始した。改良前は6面10線のホームがあったが、西側から2番目にあったホーム（コンテナ4番線、旧・17番線）の幅が15メートルと狭く、車両の回転が困難であったためホームは使用せず荷役線が留置線として使用されていた。改良工事は、最も東側にあるホームの幅（コンテナ6番・7番ホーム）を25メートルから35メートルに拡幅し、その東側に荷役線1線（6番線）を新設した。狭い上記のホームは撤去し、その跡地に留置線3線（コンテナ1番線 - 3番線）を設置した。新設された荷役線、留置線はそれぞれ延長560m、コンテナ列車26両編成（1300t）に対応。コンテナホーム拡幅面積は6500平方メートル。この工事により有効時間帯の列車増発、列車引き渡し時刻の繰り上げ、荷役線出線時刻の繰り下げが可能となり、ダイヤが乱れた際も駅構内での列車の発着調整が容易になり、ダイヤの乱れを従来より早く収束できると期待された。
取扱貨物の種類

コンテナ貨物

12 ftコンテナ、20 ft・30 ft大型コンテナ、20 ft・40 ftのISO規格海上コンテナを取り扱う。最大扱重量は35 t。


臨時車扱貨物 - JR東海向けの東海道新幹線用レール（黒崎駅発送）を取り扱う。

産業廃棄物・特別管理産業廃棄物の取扱許可を得ている。

発着列車

（2014年3月15日改正時点）
東海道本線方面（鶴見駅・横浜羽沢駅方面など）
当駅を発着する東海道本線の貨物列車は、出発列車が1日23本、到着列車が23本である。長距離列車の主な行先は、福岡貨物ターミナル駅（1日7本）、吹田貨物ターミナル駅（1日2本）、百済貨物ターミナル駅（1日2本）、安治川口駅（1日2本）である。列車種別は、安治川口駅発着の1往復（スーパーレールカーゴ）を含めて、すべて高速貨物列車である。なお、出発列車のうち1本が東北本線方面からの直通列車（川崎貨物方面から当駅に進入し、川崎貨物方面に折り返す）である。
武蔵野線・東北本線・常磐線方面（新鶴見信号場・大宮操車場方面など）
当駅を発着する武蔵野線・東北本線・常磐線の貨物列車は、出発列車が10本、到着列車が11本である。長距離列車の主な行先は、秋田貨物駅（1日1本）、盛岡貨物ターミナル駅（1日1本）、南松本駅（1日1本）、泉駅（1日1本）である。また、隅田川駅との間にシャトル列車が4往復ある。列車種別はすべて高速貨物列車である。
利用状況

2011年度の車扱貨物の取扱量は、発送が15トン、到着が2,248トン。コンテナ貨物の取扱量は、発送が1,212,506トン、到着が1,402,002トンであった。近年の年間発着トン数は下記の通り。

年度総数車扱貨物コンテナ貨物出典
発送トン数到着トン数発送トン数到着トン数発送トン数到着トン数
1990年1,601,4092,149,845231,111202,2431,388,2981,947,602[13]
1991年1,631,0452,107,067207,844203,6271,423,2011,903,440[14]
1992年1,531,0061,967,041179,833183,5541,351,1731,783,487[15]
1993年1,443,0161,777,845149,592152,8581,293,4241,624,987[16]
1994年1,348,0231,591,648120,279124,3791,227,7441,467,269[17]
1995年1,387,8501,714,320125,388126,6891,262,4621,587,631[18]
1996年1,390,1481,776,464111,877113,4671,278,2711,662,997[19]
1997年1,353,8611,733,40782,20985,2961,271,6521,648,111[20]
1998年1,204,3061,492,90436,69641,9071,167,6101,450,997[21]
1999年1,162,9161,528,9482,9264,3731,159,9901,524,575[22]
2000年1,221,3281,582,8478382,0181,220,4901,580,829[23]
2001年1,199,5031,511,2088682,1661,198,6351,509,042[24]
2002年1,236,6571,488,7696201,9741,236,0371,486,795[25]
2003年1,267,7831,545,5731241,2581,267,6591,544,315[26]
2004年1,366,7901,618,2131,6001,366,7901,616,613[27]
2005年1,380,3611,559,1291,7621,380,3611,557,367[28]
2006年1,389,8651,557,0621,7081,389,8651,555,354[29]
2007年1,401,1761,534,1521,8481,401,1761,532,304[30]
2008年1,326,1291,396,6611,9961,326,1291,394,665[31]
2009年1,237,9371,346,3221,4081,237,9371,344,914[32]
2010年1,240,5681,362,2018002,2281,239,7681,359,973[33]
2011年1,212,5211,404,250152,2481,212,5061,402,002[34]

構内の様子

駅名標柱