สถานีรถไฟบางเขน ตั้งอยู่ในแขวงลาดยาว เขตจตุจักร กรุงเทพมหานคร บริเวณหัวมุมสี่แยกบางเขน เยื้องมุมกับมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตบางเขน ด้านหน้าสถานีติดกับถนนวิภาวดีรังสิต ด้านหลังติดกับถนนกำแพงเพชร 6 ด้านทิศเหนือติดกับถนนงามวงศ์วาน เป็นสถานีย่านชานเมือง รับส่งผู้โดยสารทั้งสายเหนือและสายตะวันออกเฉียงเหนือ
สถานีรถไฟบางเขนไม่ได้อยู่ในพื้นที่เขตบางเขนสาหตุที่ชื่อว่าสถานีรถไฟบางเขนก็เพราะว่า ในอดีต เขตจตุจักร เคยเป็นส่วนหนึ่งของเขตบางเขน ทำให้ชื่อในอดีตมาใช้ถึงปัจจุบัน และสถานีรถไฟบางเขนตั้งอยู่ติดกับสี่แยกบางเขนอีกด้วย
ในอดีต สถานีรถไฟบางเขนเป็นหนึ่งในสถานีที่มีอาคารที่ทำการแบบเก่าที่สวยงาม แต่ต่อมาได้รื้อลงเนื่องจากมีการวางตอม่อของโครงการโฮปเวลล์ ปัจจุบันอยู่ในระหว่างการก่อสร้างรถไฟฟ้าชานเมืองสายสีแดงเข้ม โดยใช้ฐานรากของเสาโฮปเวลล์เดิม ทำให้ต้องมีการรื้อสถานีเดิมลง และสร้างสถานีชั่วคราว พร้อมกับเปลี่ยนไปใช้ห่วงทางสะดวกแทนระบบอาณัติสัญญาณไฟสีอีกครั้ง
ระหว่างป้ายหยุดรถไฟนิคมรถไฟ กม.11 กับสถานีรถไฟบางเขน จะมีสถานีรถไฟวัดเสมียนนารี ซึ่งไม่ได้เป็นสถานีรถไฟของการรถไฟแห่งประเทศไทย แต่เป็นสถานีรถไฟฟ้าชานเมืองสายสีแดง ซึ่งปัจจุบันอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง
