北山形駅

当駅に乗り入れている路線は、線路名称上は、当駅の所属線である奥羽本線^[2]と、当駅を起点とする左沢線の2路線である。奥羽本線は在来線としての愛称として「山形線」が設定されている。また、左沢線は当駅から1つ南隣の奥羽本線山形駅まで乗り入れているほか、奥羽本線の1つ北隣にある羽前千歳駅を終点とする仙山線の列車も当駅を経由して山形駅まで乗り入れている。この両路線は軌間1,435ミリメートルの標準軌の線路を使用する山形新幹線および山形線とは異なり、一般的なJR在来線と同様に軌間1,067ミリメートルの狭軌であるため、両路線の列車は山形駅 - 当駅 - 羽前千歳駅間では標準軌と並行して設けられた狭軌の単線を走行する。

左沢線の途中駅として開業し、あとから奥羽本線の列車が停車するようになったという経緯を持っているため、左沢線の起点は長らく山形駅になっており、1998年に左沢線の起点が当駅に移るまで、山形 - 北山形は左沢線と奥羽本線の重複区間になっていた。

• 1921年（大正10年）7月20日：左沢軽便線の駅として開業^[3]。
• 1922年（大正11年）9月22日：左沢軽便線が左沢線と改称^[4]。
• 1927年（昭和2年）9月11日：奥羽本線の列車が停車するようになる^[5]。
• 1933年（昭和8年）10月17日：仙山西線（現在の仙山線、羽前千歳 - 山寺間）開業^[6]。東口の使用を開始。
• 1956年（昭和31年）10月19日：東口駅舎を改築。駅前広場に小便小僧の像を設置^{[新聞 1]}。
• 1970年（昭和45年）4月13日：東口駅舎と西口駅舎を結ぶ跨線橋を設置^[7]。
• 1987年（昭和62年）4月1日：国鉄の分割民営化により、東日本旅客鉄道の駅となる^[2]。
• 1998年（平成10年）7月2日：左沢線の起点が山形駅から当駅に移り、山形 - 北山形の重複が解消。
• 1999年（平成11年）頃：山形新幹線新庄延伸工事の進捗に伴い仙山線用4番線ホーム使用開始。以降のホーム番号がずれ、左沢線ホームは5、6番線と改称。
• 2013年（平成25年）7月20日：夜に当駅構内の信号機器室から火災が発生。制御機器が焼損し信号制御が不能になった。原因は、羽前千歳駅に隣接する変電所内で蛇によるショートが発生し、高圧電流が駅構内の信号機器室に流れ込んだことによる。この影響で奥羽本線・山形 - 天童間は21日まで、山形新幹線・山形 - 新庄間、仙山線・作並 - 山形間および左沢線・山形 - 羽前山辺間は26日まで運休となった^{[新聞 2][新聞 3]}。
• 2014年（平成26年）6月10日：新西口駅舎が完成^{[新聞 4]}。
• 2016年（平成28年）11月26日：新東口駅舎の供用を開始^{[報道 1]}。
• 2023年（令和5年）3月16日：駅ホームと連絡通路を結ぶエレベーターが使用を開始^{[報道 2]}。
• 2024年（令和6年）
  • 3月16日：ICカード「Suica」の利用が可能となる^{[報道 3][報道 4]}。
  • 10月1日：えきねっとQチケのサービスを開始^{[1][報道 5]}。

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  東口旧駅舎（2005年5月）
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  西口旧駅舎（2005年5月）

地上駅である。東口駅舎に接して単式ホーム1面1線（1番線）、奥に島式ホーム1面2線（2・3番線）、さらに奥に単式ホーム1面1線（4番線）、ここまでのホームとYの字をなす様にして相対式ホーム2面2線（5・6番線）と、あわせて5面6線をもつ。6番線ホームに接して西口の駅舎がある。1・2番線の線路が標準軌、ほかは狭軌となっている。5本のホームが長い跨線橋で結ばれている。

元来この駅は左沢線のみの停車駅で、当時は今の西口駅舎と5・6番線のみであった。しかし、のちに奥羽本線・仙山線も停車するようになり、1 - 3番線と左沢線の4・5番線（当時）のY字構造になった。そして、山形新幹線の新庄延伸に伴い、仙山線用ホームとして4番線が設置され、これに伴い左沢線ホームは5・6番線に番号がずれ、最終的に今の構造となった。

1・2番線を奥羽本線（山形線）の列車、3・4番線を仙山線の列車、5・6番線を左沢線の列車が使用している。1番線は一線スルー化されている。

1 - 4番線・6番線は6両編成に、5番線は4両編成にそれぞれ対応している。山形新幹線開通前までは、1番線は12両編成に対応するなど、各ホームは現在より長かった。1番線の新庄側にその名残が見える。

利用客が多い東口駅舎のみ駅員が配置されており、駅事務室や有人窓口がある。山形駅管理の業務委託駅（JR東日本東北総合サービス受託）で、みどりの窓口が設置されている。また、東口・西口両方に自動券売機と簡易Suica改札機が設置されている。

また、国の法律に基づき、1日の平均乗車数が約3,000人いる鉄道駅について 「段差の解消」などのバリアフリー化を促していて、当駅もこの対象となっていた。そのため、JR東日本は駅の連絡通路と駅ホームを繋ぐエレベーターを設ける整備を進め、2023年（令和5年）3月16日の午後から使用開始されている^{[8][報道 2]}。なお、エレベーターは計4基設置され、そのうち4・5番線については平面で連絡できる通路が増設され、その中間にエレベーターが設置された。

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  東口改札（2024年3月）
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  東口待合室（2023年9月）
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  西口改札（2024年3月）
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  1 - 4番線ホーム（2023年9月）
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  5・6番線ホーム（2023年9月）
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  駅配線図

JR東日本によると、2024年度（令和6年度）の1日平均乗車人員は1,712人である^{[利用客数 1]}。

1994年度（平成6年度）以降の推移は以下のとおりである。

東口には以前は交番やバス路線があったが、交番は山形市大野目に移転、バス路線は利用客の減少によって廃止された。交番の跡地はアパートの駐車場になっており、バス停跡には石製のベンチと点字ブロックが残されている。

特例として、左沢線（東金井駅以遠）の普通列車（当駅停車の「さくらんぼ風っこ号」、SL列車などの臨時快速列車を含む）などと当駅を通過する列車（現在、定期列車では山形新幹線の列車のみ）相互間を山形駅で改札口を出ずに乗り継ぐ場合に限り、当駅 - 山形駅間は区間外乗車が認められていて運賃計算には含まれないことになっている。なお、当駅に停車する列車同士の乗り継ぎの場合と、営業キロ101キロメートル以上の長距離乗車券であっても山形駅で途中下車する場合はこの特例の対象外となり、当駅 - 山形駅間の往復運賃（300円）が必要となる。

東日本旅客鉄道（JR東日本）

■山形新幹線

通過

■山形線（奥羽本線）

山形駅 - 北山形駅 - 羽前千歳駅

■仙山線（羽前千歳駅 - 山形駅間奥羽本線）

□快速・■普通

羽前千歳駅 - 北山形駅 - 山形駅

■左沢線（山形駅 - 当駅間奥羽本線）

山形駅 - 北山形駅 - 東金井駅