対向式ホーム2面2線から成る高架駅です。快速列車も停車します。北口改札からは、周辺各ビルへの連絡通路が延びており、雨天でもスムーズに移動できます。北口改札前のゆったりしたスペースには「ベンディングスクウェア」なる自販機エリアが設けられているなど、欧米のビジネス街のような洗練された雰囲気があります。いっぽう南口改札は、りんかい線への乗り換えに使われますが、いったん地上に出て道路を横断する必要があります。
駅名となっている天王洲アイルは、幕末に第四台場だった倉庫街を再開発したもので、商業施設とオフィスビルの入った超高層ビルが建ち並ぶほか、運河沿いには遊歩道や公園が整備されており、夜景のスポットとなっています。