התחנה, אשר נחנכה ב-22 ביוני2002, תוכננה על ידי "קייזר-קייזר-לקנר אדריכלים". לאחר הוספת המסילה השלישית באיילון, שנפתחה ב-2 בספטמבר2006, נוסף לתחנה רציף אי חדש.[1]
באוגוסט 2018 התחילה בנייה של תשתית חישמול עילי בתחנה, כחלק מההכנות להפעלת קו הנוסעים המהיר לירושלים.
התחנה משרתת מספר נוסעים גדול, בעיקר עקב מספר הרכבות הרב שעובר דרכה, התחנה סמוכה לתחנה המרכזית החדשה של תל אביב, משם קיים שרות אוטובוסים לכל רחבי גוש דן וישראל, אך אין קישור ביניהן והגעה מהרכבת לתחנה המרכזית דורשת הליכה של כרבע שעה.
ב-2022 החלה בנייתו של גשר מעל התחנה אשר ישמש את הקו הסגול של הרכבת הקלה בתל אביב[3].
מבנה התחנה
בתחנה אולם נוסעים סגור במפלס עליון, ממנו יורדים לרציפים באמצעות דרגנועים. בתחנה שני רציפי-אי ורציף צד אחד (חמישה רציפים בסך הכל), אליהם מגיעות חמש מסילות המשרתות אותם: שלוש המסילות המערביות ממשיכות אל התחנה התפעולית תל אביב דרום תפעולית (ומשם מתחברות במקביל לכביש 1 אל מקטע מסילת הרכבת יפו–ירושלים בין תל אביב ללוד) ושתי המסילות המזרחיות ממשיכות אל מסילת תל אביב – פלשת. בכיוון ההפוך כל המסילות ממשיכות אל מסילת איילון. בשל הצורך לעלות אל הגשר העובר מעל נתיבי איילון ומסילת האיילון רציפים 4 ו-5 קצרים יותר מרציפים 1–3. היציאה מאולם הנוסעים היא ישירות לדרך ההגנה.
רציפים 4 ו-5 משרתים את קו הרכבת המגיע מאזור השרון וממשיך לכיוון חולון, בת-ים, ראשון לציון, יבנה, אשדוד ואשקלון.
רציפים 1 (לצפון) ו-3 (לדרום) משרתים את שאר הקווים העוברים בתחנה וממשיכים צפונה לכיוון מסילת החוף. רציף 3 הוא מהארוכים בתחנה ואורכו הכולל כ-350 מטרים
רציף 2 שימש מדצמבר 2019 ועד יוני 2020 את קו הרכבת המהיר לירושלים. החל מיוני 2020, רכבות בקו זה עושות בו שימוש במקרים בהם תחנת השלום סגורה לנוסעים.
חלק מהרציפים בתחנה ארוכים ביחס לשאר התחנות, כדוגמת רציף 3 שנפרס על פני 350 מטר ואילו אחרים קצרים מאוד כגון רציף 5 שאורכו 200 מטר בלבד.
התחנה התפעולית ההגנה נמצאת כ-1.5 ק"מ דרומית לתחנת הרכבת ההגנה, מול תחנת הרכבת תל אביב דרום ובצמוד למחלף קיבוץ גלויות על המסילה ללוד וירושלים. הגישה לתחנה התפעולית[דרושה הבהרה] היא דרך תחנת תל אביב דרום. בתחנה נמצא מבנה שו"ב ומבנה מנהלתי. חלק מהמסילות של התחנה משמשות לדיור ציוד רכבתי הנדסי נייד. התחנה כוללת מספר עקלתונים המשמשים לעיתוק רכבות ולמפגש רכבות. כמו כן, נמצא באזור התחנה שער ההזנה (CDB) שמחובר בחיבור אופקי תת-קרקעי לתה"ר הולץ.