Der Bahnhof Warnemünde liegt im gleichnamigen Ostseebad, einem Stadtteil der Hansestadt Rostock. Er ist Endpunkt der S-Bahn Rostock. Außerdem verkehren direkte Züge nach Berlin, Leipzig und München. Bis 1995 war er Ausgangspunkt der Fähren nach Gedser in Dänemark.

Der Bahnhof liegt auf einer Insel zwischen zwei Mündungsarmen der Warnow, wenige Meter von der Ostsee entfernt. Eine Fußgängerbrücke verbindet ihn mit dem westlich gelegenen Ortskern von Warnemünde. Östlich des Bahnhofes befindet sich am Neuen Strom das Warnemünde Cruise Terminal mit Liegeplätzen für Kreuzfahrtschiffe sowie die Abfahrtsstelle der Fähre nach Hohe Düne.

Der Bahnhof besteht aus einem Kopfbahnsteig mit den Gleisen 1 und 2, einem breiten Mittelbahnsteig mit dem Kopfgleis 3 und dem ehemaligen Durchgangsgleis 4. Daran schließt sich ein Inselbahnsteig mit Gleis 5, der nur über Gleis 4 zu erreichen ist, sowie der Seitenbahnsteig 6 an. Hinter Bahnsteig 6 befinden sich einige Abstellgleise. Der Zugang zu den Gleisen 1 bis 4 erfolgt direkt vom Bahnhofsvorplatz, ein Fußgängertunnel führt zum Bahnsteig 6 und zu den Schiffsanlegestellen.

Südöstlich von Bahnsteig 6 liegen einige Abstellgleise, die nicht mehr genutzt werden. Das Empfangsgebäude liegt nördlich der Bahnsteige auf dem Bahnhofsvorplatz. Auf dem Mittelbahnsteig ist ein Gebäude mit dem ehemaligen großherzoglichen Wartesaal.

Nördlich des Personenbahnhofs liegt der Fährbahnhof, die ehemalige Abfahrtstelle der Fähren nach Gedser. Die Gleisnummerierung schließt sich, beginnend mit 7, an die des Personenbahnhofes an. Für die Trajekte standen zwei Fährbetten zur Verfügung.