大分県の県庁所在地である大分市の代表駅である。当駅を経由する全列車が停車する。日豊本線、久大本線、豊肥本線の計3路線が乗り入れており、このうち日豊本線を所属線[5]としている。
日豊本線は、起点の小倉駅から当駅までは、日出駅 - 杵築駅間、中山香駅 - 立石駅間を除き複線化されているが、当駅以南は終点の鹿児島駅まで全線単線となる。当駅は、当駅以北で運行される特急「ソニック」と、当駅以南で運行される特急「にちりん」（一部当駅を跨いで運行する列車もある）の接続駅となっている。また基本的に久大本線と豊肥本線の普通列車は当駅折り返しで運転され、日豊本線の普通列車についても当駅折り返しとなる列車が設定されている。
久大本線は当駅を終点としている。豊肥本線は当駅を起点としているが、列車運行上では当駅に到着する列車が下り、当駅を発車する列車が上りとして扱われている。
なお、当駅の最終列車の発車時刻は全3路線、4方向ともに同時刻の23時30分となっている。
2012年に線路の高架化工事が完了し、2015年には商業施設のアミュプラザおおいたを中核としてホテルや温泉施設などで構成される新駅ビルJRおおいたシティが誕生した。