섬식 승강장 2면 4선의 지상역으로 교상역사로 구성되어 있다. 오차노미즈바시와 히지리바시 사이에 승강장이 있으며, 각각 다리 남쪽에 출구가 있다. 각각 오차노미즈바시구치와 히지리바시구치라고 부른다. 역의 서쪽 출입구는 오차노미즈바시 측에 있으며, 히지리바시구치의 동쪽(아키하바라 방향)에는 평일 아침에만 개방하는 출구 전용의 임시 개찰이 있다. 고대의 옹벽과 간다 강 사이에 선로가 부설되어 있어 승강장의 폭이 매우 좁으며 화장실은 오차노미즈바시구치와 히지리바시구치의 개찰내에 있지만 다기능 화장실은 없다.
오차노미즈바시 출입구 역사는 1932년 7월의 소부 본선 노선 연장에 맞추어 사용 개시되었고, 이토오시 게루의 설계에 의한 모더니즘 건축 양식이며 이전까지는 승객을 대합실에 대기시킨 후 승강장에서 여객 유동을 중시하고 차례대로 승객을 승차시키면서 새로운 통근전철역의 스타일을 처음 확립시켰다. 서쪽의 히지리바시구치 역사는 크게 개축되어 원형의 모양을 잃지는 않았지만 오차노미즈바시구치 역사는 건설 이후 크게 개축하지 않았다. 서쪽의 히지리바시구치 역사는 크게 개축하였지만 배리어프리 대책 공사에 따라 2013년도부터 착수되었다.
외측의 두 선을 주오 쾌속선, 내측의 두 선을 주오·소부 완행선의 각역정차가 각각 사용하고 같은 방향 열차를 같은 플랫폼에서 환승할 수 있는 방향별 복복선의 구조이다. 이로 인해서 오차노미즈 역의 전후로 입체 교차가 설치되어 있다. 평행선을 그리는 미타카 ~ 오차노미즈 역의 구간 중 동일 방향이면 계단을 이용하지 않고 환승이 가능한 유일한 역이다.
당역을 기점으로 주오 선과 소부 선의 각역정차 열차가 상호 직통운전을 한다. 다만 이른 아침과 심야는 주오 선과 소부 선이 서로 분리돼서 운전을 실시한다. 소부 선은 당역으로 회차되지만 주오 선은 당역의 스이도바시 방향에서 쾌속 전철이 다니는 급행선과 완행선의 사이로 전환되고 도쿄역 발착으로 운행되며 쾌속용 E233계 전동차가 사용되고 있다. 소부 선의 상행 열차는 2번 승강장에 도착하고 일반 주오 완행선 하행 본선에 도착하며 그리고 3번 선에 입선하면 소부 선의 하행 열차가 정차한다. 이 시간대에는 지바 방면에서 신주쿠·나카노·미타카 방면, 그 반대의 미타카 방면에서는 긴시초·쓰다누마·지바 방면으로 갈 때는 모두 당역에서의 환승이 필요하다.
1번 선의 긴자 방향으로 이케부쿠로 방면 선로에 건늠선이 1개 있다. 2007년 6월에 스크린도어가 설치되었으나 차량과 승강장 사이의 조정 공사로 2008년 3월 22일까지 가동을 일시 정지하고, 다음 날인 23일 재개되었다.
JR선의 역과 달리 양쪽 개찰구에 엘리베이터가 설치되어 있으며 1번 승강장 개찰구에 있는 엘리베이터로 도쿄 의과 치과 대학에 직접 들어갈 수 있다.
역은 간다 강에 면한 급경사지에 건설된 관계로 진입 부분이 반지하 구조의 역사와 비슷한 설계로 시공되었다. 이 부분은 국철・JR 오차노미즈 역의 1932년 완성역사에도 관여한 도바시 나가토시가 주재하는 도바시오야 건축 사무소의 설계로 국철과 JR 오차노미즈구치 역사와 같이 국제적인 스타일을 채용하고 있다.
JR 선의 북쪽으로는 간다 강이 흐른다. 마루노우치 선의 역은 간다 강의 북쪽에서 오차노미즈바시로 이어진다. 히지리바시는 동쪽, 오차노미즈바시는 서쪽에 다리가 지어졌다. 역 주변은 메이지・니혼・준텐도・도쿄 의과 치과 대학 등이 있으며 "일본의 카르티에 라탱"이라고도 불리는 대학가로 꼽힌다. 또한, 악기점과 스포츠 용품점, 역사 있는 유명 병원도 많다.
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