中央本線についても当駅が起点だが（当駅に0キロポストが設置されている）、国鉄からJRへの移行時に運輸省（当時）に提出された事業基本計画および『鉄道要覧』では、当駅 - 神田駅間は東北本線とされた。これは先行敷設路線との営業距離の重複計上を行わないためのものであり、線路は独立している。また、マルスのシステム上の経路表示においても、当駅 - 神田駅間は中央本線に含まれている。なお、同線の代々木駅 - 新宿駅間も同様の扱いである。

運転系統では、JR東日本の新幹線ホームには、以下の路線の列車が乗り入れている。

東北新幹線

北海道新幹線：当駅 - 新青森駅間で東北新幹線に乗り入れている。

山形新幹線：当駅 - 福島駅間で東北新幹線に乗り入れている。福島駅 - 新庄駅間は奥羽本線を走行する。

秋田新幹線：当駅 - 盛岡駅間で東北新幹線に乗り入れている。盛岡駅 - 大曲駅間は田沢湖線を、大曲駅 - 秋田駅間は奥羽本線をそれぞれ走行する。

上越新幹線：当駅 - 大宮駅間で東北新幹線に乗り入れている。

北陸新幹線：当駅 - 大宮駅間は東北新幹線に、大宮駅 - 高崎駅間は上越新幹線に乗り入れている。

また在来線に関しても多岐に渡る運転系統が発着する。これらの在来線各線のうち、宇都宮線・高崎線・常磐線と京葉線・武蔵野線が同一の線路を共有している。それ以外は、各系統ごとに専用の線路が割り当てられている。

東海道線：駅番号「JT 01」/ 宇都宮線・高崎線：駅番号「JU 01」／常磐線[※ 5]。東海道本線（および伊東線）と東北本線の列車線を走行する中距離電車および特急列車。長い間、当駅は東海道本線列車線の起点であったが、2015年3月14日より新設された「上野東京ライン」の運転系統として上野駅からの東北本線列車線が直結し、多くの列車が東北本線列車線を走行する宇都宮線・高崎線・常磐線へ直通運転をするようになった[※ 6]。

京浜東北線：駅番号「JK 26」。東海道本線・東北本線の電車線を走行する近距離電車。横浜駅から根岸線磯子駅・大船駅方面への直通運転も実施している。

山手線：駅番号「JY 01」。東海道本線・東北本線の電車線を走行する環状路線。品川駅 - 新宿駅 - 田端駅では線路名称上の山手線を走行する。

中央線（快速）：駅番号「JC 01」。中央本線の近距離電車[※ 7]。線路名称上は当駅から神田駅までの区間は東北本線となっているが、列車運行上は当駅が起点とされ、全列車が当駅に発着する。また、立川駅から青梅線青梅駅方面などとの直通運転も実施している。

横須賀線・総武線（快速）：駅番号「JO 19」。両線で直通運転を実施している。特に平日の日中は横須賀線の全列車が総武快速線と直通している。当駅以南は東海道本線地下線と支線（品鶴線）を経て大船駅から線路名称上の横須賀線に直通、当駅以東は総武本線を走行する[※ 8]。

京葉線：駅番号「JE 01」。武蔵野線が当駅と西船橋駅の間で直通運転を実施している。

JRでは当駅を「中央駅」と位置付けており、前身である日本国有鉄道（国鉄）の時代から列車の進行方向を示す「上り・下り」の基点となっていた。現在、中央本線は当駅 - 神田間は戸籍上は東北本線となっているが、起点であった当駅へ向かう列車が引き続き上りとされている。なお、「中央駅」である当駅は東京都区内および東京山手線内各駅を発着するJR線長距離乗車券の運賃を算出するためのキロ数基準駅ともなっている（前者：201 km以上、後者：101 ? 200 km）。
歴史詳細は「東京駅の歴史」を参照竣工当時の東京駅（前庭より）関東大震災直後、尋ね人のビラが貼られた東京駅警備巡査派出所（1968年、解体。1972年に博物館明治村へ移築）丸の内側正面前で敬礼するヒトラーユーゲントの隊員（1938年）

1889年（明治22年）に神戸駅まで全通した官設鉄道の新橋駅と、私鉄・日本鉄道の上野駅を結ぶ高架鉄道の建設が東京市区改正計画によって立案され、1896年（明治29年）の第9回帝国議会でこの新線の途中に中央停車場を建設することが可決された（東京市街高架鉄道構想）。