速鐵路新竹車站往北大約十分鐘的路程，就會來到桃園車站，這是台灣高鐵第三座地下化車站，當列車經過桃園國際棒球場後，就由原本的高架橋轉為路塹，之後進入地下道中。由於高鐵列車在地下化高速行駛會造成活塞效應，因此列車不論是否停靠桃園車站，都必須減低時速至120公里，否則會對站區造成不小的影響。桃園車站位在桃園縣青埔地區，剛落成時附近還是相當偏僻，未來有桃園體育園區、機場捷運等重大工程完工，相信附近將會逐漸發展起來。
一、出入口八個。
一、機場捷運（施工中）。
二、桃園縣體育園區。
三、台灣高鐵行車控制中心。
四、站前廣場。
五、國道二號機場支線、桃園環線。
六、省道31號。
高鐵桃園車站主體相當矮小，在高鐵站區是相當不起眼的，就四周的建築來說，尚有高鐵行控中心及立體停車場等，這些建築物都明顯較車站還要高大。
車站的外觀為了塑造出類似燈籠骨架的意象，因此設有許多的純白色柱子，使車站本體在晴空下，顯得相當豔麗。
在桃園車站中，總共設有八個出入口，其中第一號、第四號、第五號及第八號出入口較寬大，採用類似一般車站常見的對開式自動門。
第二號、第三號、第六號及第七號出入口則設在車站的東側及西側，寬度較狹窄，採用別於一般常見的迴轉式自動門，因此必須小心自動門的迴轉半徑。
車站的主體建築在東西兩側是以中央為中軸線，立柱在外玻璃帷幕在內，並自中軸線向內凹，在中軸線的外牆上，則安裝有歐洲風格的大圓鐘。
在車站南方另有一棟高四層樓的大樓，為台灣高鐵車輛行控中心，除了監控列車的行車狀態，也控制了沿線的號誌、電力、通訊、...等，其功能就如同台灣鐵路局的調度總所。
在高鐵車站南側與行控中心中間，有類似公園的綠化空地，上面有小型的水池，上面安裝了許多一支支的鋼柱作為裝飾。
車站主體南側的外牆則有彩繪，類似馬賽克瓷磚拼貼而成。依《文化藝術獎助條例》第九條之規定：「公有建築物應設置公共藝術，美化建築物及環境，且其價值不得少於該建築物造價百分之一。目前台灣鐵路局最熱衷於設置公共藝術，如板橋車站、台中車站、彰化車站、新左營車站、高雄車站、...等。
火車站的步調都是很快的，為了消除車站給人的緊張感，在桃園車站的東側有規劃綠園帶供旅客們休憩。
往西北方看去，為車站的小客車平面停車場，最北側則為立體停車場。目前機場捷運已經進入趕工的最高潮，機場捷運過了台灣桃園機場第三航廈即為桃園捷運藍線，完工後將會與機場捷運直通行駛。
車站北方即為立體停車場，為地上四層的設計，外牆與高鐵行控中心一樣，採用粉紅色瓷磚舖設而成，除了可停放汽車外，也設有機車的停車空間。
過了桃園車站的立體停車場，機場捷運即恢復為普通高架路段，沿著高鐵北路呈短直線行駛後，於領航路口轉九十度往西北，在領航北路上設有領航站。台灣高鐵軌道則在車站北方，即青昇路與高鐵北路交叉路口鑽出地面，恢復為高架路線。
由於台灣高鐵北側地下隧道很短，距離車站中心不到一公里，因此僅在車站北側（青昇路旁）設置一座大型的通風井。
在客運轉乘方面，台灣高鐵於桃園站南側設有大型的客運轉運站，到桃園車站後，由第五號出入口出站，即可抵達客運轉運站。桃園車站客運轉運站有密集的客運巴士聯絡台灣桃園國際機場、桃園及中壢市區。
客運轉運站的第一號及第二號月台為統聯客運聯絡桃園機場專用，客服櫃台也有兩個航廈相對應的航空公司及代號，並派員以供諮詢。
桃園車站客運轉運站一共配置十一個月台，就月台路線分述如下：
第一月台：705高鐵桃園車站－桃園國際機場（統聯客運Ubus）。
第二月台：705高鐵桃園車站－桃園國際機場（統聯客運Ubus）。
第三月台：1. 中壢－大園－桃園國際機場。
2. 中壢－高鐵桃園站－大園。
第四月台：1. 高鐵快捷公車－桃園（直達車，桃園客運［1］）。
2. 206高鐵快捷公車－桃園（桃園客運，［2］）。
第五月台：170高鐵快捷公車（中壢客運，高鐵桃園站－中壢總站）。
第六月台：1. 中壢－高鐵桃園站－大園。
2. 171中壢－青埔－高鐵桃園站（桃園客運）。
3. 中壢－大園－桃園機場。
第七月台：蘆竹鄉免費鄉民公車（亞通客運）。
第八月台、第九月台：觀光巴士及遊覽車上下客區（［3］）。
第十月台：中華航空公司作業車輛專用。
第十一月台：長榮航空公司作業車輛專用。
在統聯客運的部分大部分是使用大型國道客運的巴士行駛，偶爾也會使用低底盤的公車行駛，低底盤公車的好處就是車內無階梯，方便行動不便的旅客上下車。
客運站的結構設計相當簡單，是用鋼骨搭建起來的，以求達到快速完工的標準，但又不失質感；轉運站內也裝設有高鐵車站常見的鐵製座椅及艾美表的時鐘。
車站東南側有一大片的草地，為桃園車站站前廣場，長約460公尺，寬約240公尺，四周都有道路及寬廣的人行道環繞其中，是相當適合散步、騎自行車及放風箏的場所。
台灣高鐵的轉乘動線其實設計地相當優良，將車站的南側規劃為轉乘區，車站北側則規劃為停車場及臨時接送區。在前文中有提到客運轉運站是在第五號出入口外側，計程車轉乘區則被規劃在第四號出入口外側，即客運轉乘區的對面。由於計程車的班次遠比客運密集許多，因此轉乘站中並沒有設置座椅，但仍設有遮雨棚。
桃園車站第五號出入口外側有華膳空廚公司所經營的餐廳，華膳空廚公司是由中華航空公司及國泰航空公司合資經營的，因此企業識別系統（CIS）為「China Pacific」，除了經營飛機上的餐飲業務外，其營運觸角也伸進了桃園車站，在桃園車站開設餐廳，以不出國就能享受貴賓室及頭等艙的豪華餐飲為號召。別小看店外冷冷清清的，其實店內可擠滿了購買飛機模型及用餐的旅客。
在華膳空廚公司對面則為摩斯漢堡，目前摩斯漢堡也進駐在許多的火車站、捷運站及高鐵車站內了，其價格較麥當勞、肯德基貴些，份量較少，但卻較精緻。拍攝當時可能有單車迷舉辦活動，在餐廳外、高鐵車站附近都停了許多小摺。
從桃園車站第八號出入口附近為Relay經緯書店及Ikari Coffee，其中經緯書店在台灣高鐵車站都可以看到，除了販賣國內雜誌外，也有販賣外文書，其外文書的比例約略為4%。Ikari Coffee為怡客咖啡，除提供咖啡及簡餐外，還提供免費無線上網的服務。
RELAY經緯書店與Ikari Coffee怡客咖啡是在同一個區域內，而Ikari Coffee怡客咖啡的店面空間較大，但RELAY經緯書店的招牌及店面都是紅色的，其火紅的外觀所營造出的氣勢並不輸Ikari Coffee怡客咖啡。
第一號出入口附近則是7-ELEVEN統一便利商店，至於外側則是STARBUCKS星巴克咖啡。
綜覽整個桃園車站，有販賣咖啡的商店有：
一、7-ELEVEN City Café。
二、STARBUCKS統一星巴克。
三、Ikari Coffee怡克咖啡。
四、RELAY經緯書店。
五、摩斯漢堡 MOS Café。
桃園車站的主體其實不大，但是靠著大跨距的設計，使大廳內部有了視覺上的延伸感，因此雖然車站不大，但也算相當宏偉。
桃園車站的天花板有許多「V」字形的飾板做裝飾，另外還有倒吊在天花板的電子鐘及各式看板；現在台鐵新蓋的車站也開始以這種風格建造，只是起步有點太晚了。
從整體平面圖可以看出高鐵桃園站的空間規劃，雖然車站內有許多的商店及販賣部，但是卻井然有序地分佈在車站的大廳中，因此仍有很大的空間供旅客行走（字好像太大了）。
在車站北邊的空間配置上，由第一號出口至第八號出口，依序為7-Eleven統一便利商店、洗手間、Ikari Coffee怡客咖啡、RELAY經緯書店。
車站南側大廳的空間配置，由第四出入口至第五出入口依序為摩斯漢堡、高鐵憲兵聯絡處、高鐵警察局及售票口。
桃園車站一共配有六個人工售票窗口，其每個窗口的業務分述如下：
第一號：高度較低，供孕婦／年長及無障礙人士使用。
第二號：商務車箱／網路及語音訂票專用。
第三號：專營網路及語音訂票。
第四號：當日票及回數票。
第五號：當日票及回數票。
第六號：預售票／定期票及回數票。
台灣高鐵的旅客資訊系統（PIDS）共可顯示南下六個班次，北上六個班次，中間則是顯示現在時間，而且少了台灣鐵路局常見的政令宣導。
由於桃園車站離桃園機場頗進，因此在車站內設有長榮航空／立榮航空及中華航空／華信航空的報到櫃台，行李也可以由櫃台直接托運至機場。
在第八號出入口附近除了有經緯書店及Ikari Coffee怡客咖啡外，尚有格上租車、和運租車、雄獅旅遊、飛行家旅行社及易遊網等公司所組成的櫃台。
付費區的南側設有旅客服務台，除了可以供旅客填寫意見卡、諮詢服務外，還有提供手機充電的服務，不過必須向服務人員洽詢。
第二號門及第七門之間，也就是付費區的北側，有萬國通路的攤位，裡面有販賣各式的背包、提袋及行李箱等，不過自己對攤位後方的太空衣較感興趣。
夜晚的桃園車站站前廣場，在路燈的襯托下，多了點浪漫的氣氛，與車站前忙碌往來的車輛形成了超強烈的對比。
高鐵車站的主體建築雖然不是很宏偉，但在夜間的時候，卻彷彿披上了閃亮的彩衣般動人，使車站主體較週邊的建築物還要搶眼。
和高鐵其他車站及捷運相同，在剪票閘門旁都設有驗票督察室，一般鐵道迷常稱之為金魚缸，用來解決卡票、機器故障等的問題。
刷了車票即為付費區，台灣高鐵的700T一組有十二輛車，因此進入付費區後，依動線會被分為二部分，即第一車至第六車；第七車至第十二車。不過在這裡走錯關係不大，因為所有的動線到地下一樓的穿堂層仍然是混在一起的。由一樓付費區通往地下一樓的通道是由雙向的電扶梯及四線的樓梯所構成，以疏解尖峰時段大量的人潮。
穿堂層的空間配置就簡單許多，由於被規劃為候車室，自然就沒有太複雜的動線，在穿堂層仍然有很寬廣的通道。
候車區的天花板也有設置大型的綠色飾板，而且寬度較一樓大廳寬大。一樓的飾板為綠色「V」字形，在B1候車區的飾板則為方形，且採間距不等的方式排列。
B1等候區的北側設有統一便利商店，至於南側則規劃為洗手間，並貼心地設置育嬰室，供需要的旅客使用。在洗手間旁邊則有鐵門，未來應該會規劃為商店。
穿堂層可以通往第一月台及第二月台，每個月台都設置四個通道，每個通道都設有電扶梯，其中兩座電扶梯為向上（由月台層通至穿堂）；另兩座電扶梯向下（由穿堂通到月台層），每座電扶梯旁另設有單線的樓梯。
桃園車站的北側離地下隧道的入口頗近，所以可以直接看到高鐵列車進出隧道的樣子；不過車站距離南口的距離相對較長，在高鐵車站至南口間的地下隧道，為了減少活塞效應對車站造成衝擊，並設有多部解壓井。
台灣高鐵桃園車站是以大量玻璃帷幕構建而成，因此對活塞效應較為敏感，當列車高速通過時，經壓縮過的氣流會經由月台層的通道、電扶梯及各管道間來到大廳層，而使玻璃帷幕產生振動。台灣高鐵的短期因應之道在調整列車時速，使過站不停列車減速至時速120公里，長期作法則必須改善解壓井的設計，不過如果解壓井無法改善，過站減速將永遠是個常態。
月台層的空間配置方面，一共設有兩座側式月台，第一月台為南下月台，第二月台為北上月台。通過線兩股埋設在地下管道中，並且以混凝土高牆阻隔，在月台上是無法目視通過線的。停靠線有兩股，以連通第一月台及第二月台。而為了方便高鐵列車轉線，在車站南方及北方皆設有橫渡線。另外值得一提的是，桃園車站並沒有安全側線的設計。
［1］ 直達車往桃園方向，各站皆可下車，但不能上車；往高鐵方向，各站都能上車，但僅能在高鐵站下車。
［2］ 高鐵快捷公車為高鐵乘客則不收費；非高鐵乘客則依里程費率計價。
［3］ 觀光巴士停靠區可以提供遊覽車上下客停靠之用，但是每次停靠只限五分鐘，而且不能佔用其他的客運轉運站月台。