東口と中央部の二つの乗換通路及び5・6番線と7・8番線間の連絡通路で構成されている。乗換通路と接続する部分のホームは高架である。中央通路とホームの間にはエスカレーターとエレベーターが設置されている。車椅子用トイレは東口通路1・2番線側と中央通路7・8番線と9・10番線間の成田よりにある。鉄道警察隊は東口通路7・8番線と9・10番線間の東京よりにある。また、稲毛駅方向の高架橋には西口改札口があり、西口と北口に接続している。なお、JR東日本千葉支社は、2008年9月18日に、千葉駅とペリエ1となっている千葉駅ビルの建て替えを発表している。2010年7月現在、駅構内のほとんどの店舗が閉店され本格的に工事が始まり、通路に天窓が建設され、7・8番線の一部階段が閉鎖し使用できなくなっている他、西口改札外の歩道橋がすでに建て替えられている。当駅では、1988年（昭和63年）8月8日から発車ベル（当時主流の電子音のピロピロピロという音）を全面廃止し、各方面への始発駅だった事もあって、マスメディアにも大きく取り上げられた（現在も発車メロディを含めて鳴らしていない）。
後に、JR駅の発車ベルが電子音からメロディに変わるきっかけともなった。1・2番線は接近時と発車前に巌根型（以前は仙石型）の放送が流れ、3-10番線は当務駅長から車掌への出発指示合図の電子音ではないベル（ジリジリジリジリンという音）のみが流れてドアが閉まる。なお、中央・総武線各駅停車（千葉 - 三鷹間）と横須賀・総武快速線（千葉 - 東京 - 久里浜間）の全区間は、ATOSが導入されているが、駅の西千葉・稲毛寄りに出発指示器が設置されている他は、発車標を含めて設置されていない。これは、東海道本線の熱海駅と同様である。千葉以東・以南方面の普通列車に使用する電車は、基本的に209系転用改造車（総武本線と成田線の一部は211系で運行）であることや、銚子行、安房鴨川行、成東行はそれぞれ異なる経由路線が存在するので、誤乗防止のために209系転用改造車の方向幕（LED式）は、前面には路線名のみ、側面には路線名のみと路線名+行き先の交互表示と常に路線名が表示されている。
211系の方向幕（幕式）では前面と側面の両方に、各路線のラインカラーも表示されている。島式ホーム2面4線を有する高架駅。JR千葉駅の東口前にある。2階には、ペリエ2階との通路がある。3階（コンコース階）には、改札口、駅事務室、車椅子対応トイレがある。4階（ホーム階）にホームがある。各階間にはエスカレータがあり、この内3階と4階間にあるものは車椅子対応である。また、地上と3階、3階と4階間に車椅子対応エレベーターもある。3階には京成千葉線京成千葉駅への乗換口、そごう千葉店4階、センシティタワー4階との通路もある。なお、開業から現在の駅舎ができるまでは、千葉公園駅方向に約100mよりの仮駅であったが、千葉みなと駅までの延伸時に現在の駅舎へ移行した。仮駅時代は、現在の駅舎の手前まで線路が延びていたため、それを利用して引き上げ線として使用、同時にホームも乗車専用と降車専用に分けていた。県庁所在地の中心駅であるが、千葉県内では船橋駅、西船橋駅、柏駅に次ぐ第4位である。
ただし、計上されないJR線同士の乗換客を含めればさらに多くなる。千葉都市モノレールの駅では、18駅中1位である。当駅は千葉市中心部の北西端に位置し、東口より南東方の中央公園、千葉パルコなどの「中央」方面に向かう広い通り「千葉駅前大通り」が伸びる。これは、1963年の千葉駅の現在地への移転にあわせ、周辺区画と共に整備されたもので、デパートやオフィスビルなど大きめのビルがある。中央公園付近は千葉都市モノレール1号線葭川公園駅が最寄駅である。東口の駅前にはデパートやショッピングセンターなどのビルが林立している。ただし、位置と構造の関係上、北口と西口は東口と比べ人出が少ない。北口は1990年代まで閑静な住宅街であったが現在は駅前広場が整備され、道幅の道路が開通しているほか、高等学校や大手予備校もあり学生は比較的多いが、賑わいはそれほどない。東方向の先は風俗店の多いコリアタウンとなっている「栄町」、南東方向は中心部の繁華街（富士見・中央）、北方向（弁天）と西方向（新千葉）は駅から離れると住宅街で、南方向（新町・新田町・新宿）はビルなどが混在する地域となっている。
栄町は、千葉都市モノレール1号線栄町駅が最寄駅であるが、当駅から徒歩でも近い。しかし、千葉市民会館など旧千葉駅付近は、東千葉駅が最寄駅である。西方向の住宅街は、新千葉二丁目南部など京成新千葉駅が最寄駅となる場所もある。駅前広場は東口と北口にあり、各々バス・タクシー乗り場があるが、東口前のバスターミナルは規模が大きく、県都中心駅の性格を表している。県庁・千葉県警察本部や千葉地方裁判所・千葉地方検察庁など国や県の機関とその関連施設は、歴史的に千葉市の中心部である京成千葉中央駅から本千葉駅にかけての一帯の東側、「長洲」や「市場町」にある。 千葉駅からは徒歩で約20分かかるため、千葉都市モノレール1号線県庁前駅（→県庁舎、県警本部）・葭川公園駅（→千葉地検、千葉地裁）、本千葉駅→（県警本部、県庁舎）からの徒歩か、千葉駅から千葉中央バスや小湊鐵道バスなどの路線バスを利用するほうが便利である。JR千葉駅の西口地区では、長らく再開発が予定されている。
事業主体である千葉市は、千葉県が管理処分計画を認可したのを受け、事業地内にある既存の建物の解体に着手。東口に集中する交通機能などを西口に分散させ、臨海部や千葉港エリアへのアクセス向上を図るため、1990年より再開発事業が進められていたが、バブル崩壊のあおりを受け、地権者との交渉が難航していた。2008年度中に再開発ビル建築事業者を選定し、2009年度より工事に着手し、2011年度中に事業完了を目指していた。民間事業者が建設し保留床を取得する「特定建築者制度」で開始され、2008年12月までに建設業者2社が名乗りを上げ応募したが、その後、経済情勢の悪化により1社が辞退を表明し、もう1社も期限までに提案書を提出しなかった1963年（昭和38年）に現在地に移転するまでは、800mほど東千葉駅寄りの千葉市民会館周辺（地図）にあり、佐倉駅・銚子駅方面から船橋駅・東京方面と蘇我駅・安房鴨川駅方面の二又に分かれていた。そのため船橋駅・東京方面と蘇我駅・安房鴨川駅方面を結ぶ直通列車は、当駅でのスイッチバックを余儀なくされていた。
現在は船橋駅・東京方面から蘇我駅・安房鴨川駅方面と佐倉駅・銚子駅方面の二又に分かれる線形に改良されたが、駅全体がV字状になっているのはその名残である。千葉近隣の駅では大網駅も同様の変遷をたどっている。駅前広場も当時は非常に狭く、バス路線の大半は駅より離れた「要町」での発着となっていた。栄町は当時の千葉駅前から県庁へのメインストリートにあたり、繁華街であった（→千葉市を参照）。現在では千葉市民会館の近くに石碑が残っている。
