JR東日本、京王電鉄、東急電鉄および東京メトロという4社の路線が乗り入れるターミナル駅である。JR以外の各線はすべて当駅を起点・終点としている。JR・東急電鉄・東京メトロの駅は渋谷スクランブルスクエアと直結しており、また渋谷マークシティ（京王井の頭線駅ビル）、渋谷ヒカリエ、渋谷ストリーム、渋谷フクラスとは連絡通路を介して行き来することができる。
JR東日本
山手線 - 駅番号「JY 20」
埼京線 - 駅番号「JA 10」
湘南新宿ライン - 駅番号「JS 19」
京王電鉄
井の頭線 - 駅番号「IN01」
東急電鉄
東横線 - 駅番号「TY01」
田園都市線 - 駅番号「DT01」
東京メトロ
銀座線 - 駅番号「G 01」
半蔵門線 - 駅番号「Z 01」
副都心線 - 駅番号「F 16」
JR東日本の駅に乗り入れている路線は、線路名称上は山手線のみであるが、以下の3系統が停車し、旅客案内ではそれぞれ別路線として扱われている。なお、埼京線と湘南新宿ラインは線路とホームを共有している。
山手線：電車線を走行する環状路線。
埼京線：山手貨物線を走行。大宮駅方面の川越線と大崎駅方面のりんかい線、東海道貨物線経由で羽沢横浜国大駅から相鉄線との相互直通運転も実施。
湘南新宿ライン：山手貨物線を走行する中距離電車。当駅を経由し、大宮駅方面（北行）の宇都宮線・高崎線と横浜駅方面（南行）の東海道線・横須賀線を相互直通運転。
また、山手貨物線を経由する有料特急列車として、旧目黒川信号場から品鶴線を経由して総武本線・成田線に直通する特急「成田エクスプレス」、湘南新宿ラインと同じルートで東海道本線に直通する特急「湘南」、東海道本線方面の特急「踊り子・サフィール踊り子」の新宿方面発着列車が停車する。また、特定都区市内制度における「東京都区内」および「東京山手線内」に属しているほか、「SBY」のスリーレターコードが付与されている。
京王電鉄は井の頭南管区所属で、管区長所在駅である。
東横線と副都心線[報道 1][報道 2]、田園都市線と半蔵門線はそれぞれ相互直通運転を行っている。このため東横線・副都心線と、田園都市線・半蔵門線との駅は東急電鉄と東京メトロの共同使用駅であり、4線を東急電鉄が一体で管理している。
歴史渋谷駅周辺の白黒空中写真（1963年6月）
国土交通省 国土地理院 地図・空中写真閲覧サービス
