小田急小田原線と東京メトロ千代田線が乗り入れる、東京都渋谷区西原３丁目に位置する駅です。駅周辺には井の頭通りがあり、京王線の笹塚駅にも近い。

小田急と東京メトロの共同使用駅であり、小田急電鉄が管轄している。その為、駅名標・案内サイン類は小田急線タイプを使用。千代田線は当駅が終点ですが、一部列車は小田急線と相互直通運転を行っています。

駅名の由来は、開設当時の「代々幡上原」は当時の地名に由来。現在の「代々木上原」は、1932年（昭和７年）に東京市15区に隣接する５郡82町村の東京市への編入によって、渋谷町・千駄ヶ谷町・代々幡町が合併して東京都渋谷区が成立した際に住所変更された。９年後に現在の駅名に改称された。

島式ホーム２面４線を有する高架駅であり、外側の１番・４番線が小田急、内側の２番・３番線を東京メトロが使用します。駅名標の帯の色は小田急が水色、東京メトロがラインカラーである緑色を使用。駅名標は2018年（平成30年）３月に更新されました。 下りホームで、新宿駅発の列車は１番線・千代田線からの直通列車は２番線から発車。上りホームは新宿行の全列車が４番線発となり、快速急行・急行は終点まで無停車、新宿駅は地上ホームに到着。各駅停車は地下ホームに到着します。 千代田線は全て３番線（一部は当駅始発）から発車し、大半の列車は綾瀬駅からJR常磐線(各停)に直通し、我孫子駅まで行けます。一部列車は途中の松戸・柏駅終着の電車もあり、平日朝夕時間帯は取手行もあります。休日ダイヤの最長列車は我孫子駅までの運行です。千代田線内の北綾瀬・綾瀬行の列車も存在します。

ホーム安全策として、ホームドアが2019年（令和元年）に施工し、10月から内側の東京メトロ千代田線で、翌３月には外側の小田急線で使用開始されました。小田急は今後、主要駅でホームドアが順次設置されるでしょう。

１日の乗降客数も大規模であり、約25万人程度が利用します。特に、平日朝ラッシュ時間帯は物凄い人が千代田線に乗り換える為、ホームはとても酷くなりますね。小田急電鉄では新宿・町田駅に次いで第３の規模を誇り、千代田線では他路線と共用している駅では綾瀬駅（JR線）に次いで多い。