島式ホーム2面4線から成る駅で、ホームは地平に設けられており、南側にある駅本屋とは地下道で連絡しています。このうち上りの外側線は、新幹線の高架下に隠れています。このように窮屈な構造になっているのは、北東に広がっている梅小路貨物駅のために用地を確保できなかったためです。
駅舎は、正面から見ると高架下にすっぽり収まっているように感じられますが、実際にはややずれています。駅舎そのものは平凡なもの。
駅名の由来となっている西大路は都城の西限をなす道路で、大正期に計画道路として整備されたものです。この道路を真北に進むと、西院、三条口、円町、北野白梅町の各駅と交差します。西大路駅は八条と九条のほぼ中間にあり、周囲には工場が多く建っています。