北京西站地铁有7号线和9号线。北京地铁7号线，线路西起丰台区北京西站，途经西城区广安门、东城区广渠门、朝阳区欢乐谷景区等地，东至通州区环球度假区站。北京地铁9号线，线路北起国家图书馆，途经白石桥南、白堆子、北京西站、丰台东大街等地，南至郭公庄站。

北京西站位于铁路北京西客站，南北广场之间的高架候车室、铁路站台股道下方，主体呈南北向布局。北京西站北靠北京西站北广场、莲花池东路，西临莲花池公园，南依广安路、北京西站南广场。

截至2021年3月，铁路北京西客站位于北京西站正上方，旅客可经铁路北京西站换乘高速动车组列车。途经北京西站的铁路线路主要为京雄城际铁路、京九铁路、京广铁路、北京地下直径线、京广高速铁路、北京市郊铁路城市副中心线等。

北京西站地铁工程是铁路北京西站的重要附属配套工程，也是使得铁路北京西站成为世界一流水平的现代化铁路车站的重要工程。北京西站的建设不仅可以增加铁路的客流量，还能带动北京城西、城南的经济发展。