武汉站的立面造型设计结合了武汉独具的特色，建筑的外观富有多层寓意：车站主站房设计犹如一只展翅飞翔的黄鹤，寓意“千年鹤归”，立面水波状的屋顶以体现武汉的“江城”特色，寓意着千湖之省。
武汉站的地下层为地铁4号线站台层，交换层为车站到达层并设有售票厅、地铁站厅及商业空间，四侧有出站通道并设有始发公交站场、的士站及停车场，站台层设站台及股道，高架层设东西进站通道、A候车室、B候车室及对应的检票口。
武汉站的中央大厅的夹层是为旅客提供服务、休闲和观景的区域，设有观景长廊，为中国的火车站首创，旅客可以在此观赏到高速列车到达、始发的全过程及站台的全貌。
