該站共有10個站臺、23條線路，站房總建筑面積約6.8萬平方米。站房分為5層，地下2層是正在建設中的佛山地鐵3號、4號線，地上2層為候車層與乘車層，中間外加一夾層，夾層通過東西旅客活動平臺與4個配套車場銜接。
“佛山西站是珠三角地區又一個集高鐵、城際鐵路、地鐵及城市公交等多種交通方式于一體的綜合交通樞紐，也是我國目前最大的下進下出線下式高鐵站之一。”廣州鐵路（集團）公司廣州鐵路工程建設指揮部副指揮長王海涵介紹，該站為“兩層式”高架車站，旅客進出采用下進下出的方式，有效縮短了旅客進出站的走行距離，真正實現了高效換乘。
該站內備有70臺自助售（取）票機、10臺安檢儀、88個進站檢票通道、64個出站檢票通道、8個便捷換乘通道、62部手扶電梯、20部垂直電梯。
目前，旅客從佛山西站乘坐高鐵動車，20分鐘可達廣州，1個小時可達深圳，3個半小時可達南寧，5個小時可達貴陽，8個小時可達昆明。