Flemingsbergs station ligger 16 kilometer söder om Stockholm C och är normalt den första stationen söderut där andra tåg än pendeltågen stannar. Den ligger vid norra änden av Grödingebanan och tillkom i samband med att denna nya bana skulle anslutas till den gamla stambanan. Fyra spår norrifrån delas i södra delen av driftplatsen upp i två dubbelspår söderut, där innerspåren passerar på bro över Grödingebanans uppspår och ansluter till den gamla banan västerut mot Tullinge, Tumba och Rönninge medan Grödingebanan genast försvinner in i tunnlar genom skogen sydost om Tullinge för att gå direkt mot Södertälje.
Flemingsberg har tre plattformar, en för pendeltåg i mitten och två för fjärrtåg på vardera sidan av den. Stationsbyggnaden ligger på bro över spåren i söder och det finns även entréer till plattformarna via en gångbro i norr. Ursprungligen fanns det ett plattformsspår för norrgående fjärrtågsspår på bangårdens nordvästra sida och två plattformsspår för södergående fjärrtåg på bangårdens sydöstra sida. För att kunna hantera avstängningarna i samband med renoveringen av Getingmidjan i centrala Stockholm somrarna 2018–2020 kompletterades stationen med ännu ett fjärrtågsspår på nordvästra sidan varvid även spåren omnumrerades.