Stasiun Kereta Api Tugu Yogyakarta merupakan stasiun pulau yang diapit oleh jalur-jalur kereta api. Terdapat terowongan bawah tanah yang menghubungkan peron utara dengan bagian stasiun selatan.
Bangunan Stasiun Kereta Api Tugu Yogyakarta terdiri dari beberapa ruang dengan satu atap. Pada bagian bangunan sebelah timur terdapat loket penjualan dan ruang informasi yang terletak di sebelah kanan dan kiri jendela.
Salah satu keunikan stasiun ini adalah letak bangunan stasiun yang diapit oleh peron dan jalur kereta api. Komposisi tersebut disebut stasiun dua sisi, yaitu komposisi yang biasanya digunakan pada stasiun antara yang cukup besar.
Fasad atau bagian depan bangunan yang sekaligus pintu masuk utama stasiun menghadap ke arah Timur atau ke arah Jalan Mangkubumi yang merupakan poros kota Yogyakarta. Selain sebagai sebagai stasiun penumpang, Stasiun Yogyakarta hingga saat ini juga masih berfungsi sebagai tempat perawatan kereta. Fasilitas tersebut terletak di bagian barat stasiun dan sedikit terpisah dari bangunan utama dan peron penumpang.
Dari bagian depan bangunan itu dapat dikenali ciri arsitektur langgam Indische Empire yang banyak dianut pada akhir abad ke 19 dan menjadi gaya arsitektur kolonial modern pada awal abad ke 20 di Hindia Belanda. Salah satu cirinya adalah susunan denah dan tampak bangunan yang simetris terkesan rapi dan sederhana. Dalam bangunan tesebut tidak terdapat bentuk-bentuk yang berlebih-lebihan yang merupakan pengaruh dari Neo Renaissance. Pengaruh awal arsitektur modern juga terlihat kuat dengan ornamentasi bergaya Art Deco, berupa komposisi garis-garis vertikal dan horizontal serta lubang-lubang dinding roster yang berguna untuk cross ventilation sebagai pemberi karakter bangunan. Pada kedua sisi terdapat bangunan terbuka dengan struktur baja beratap lebar yang memayungi area peron dan emplasemen.
Bangunan terbuka dengan struktur baja yang menaungi emplasemen menunjukkan adanya penyesuaian terhadap iklim tropis setempat. Penambahan overstek dengan atap berbentuk busur untuk melayani pertumbuhan penumpang yang semakin tinggi.
Struktur baja penopang atap besar yang menaungi peron dan bangunan utama memperlihatkan perpaduan kekokohan sekaligus keindahan dari rangkaian konstruksi teknis.
Bagian dalam bangunan stasiun mempunyai fasilitas loket, peron, ruang tunggu dan kantor pengelola. Plafon dan kolom/tiang serta balok bangunan diberi warna putih. Tiang diberi kombinasi bahan keramik warna krem pada bagian bawah untuk menghindari kotor. Bukaan/jendela mati pada bagian atas dibuat untuk memecahkan persoalan pencahayaan ruang dalam. Kombinasi kolom-kolom beton pada bangunan utama dan tiang-tiang baja pada bangunan peron memperlihatkan ketepatan pemilihan material yang sesuai fungsinya.
Peron dan ruang tunggu terletak di bagian kedua sisi utara dan selatan bangunan utama, dengan fasilitas tempat duduk yang diperbanyak sesuai lebar koridor yang ada. Bangunan utama dan peron ini dinaungi oleh struktur baja dengan penutup atap lembaran baja gelombang.
Peninggalan fisik pada stasiun Tugu terdiri atas beberapa bangunan, yaitu:
1. Gudang Muat Tinggi sisi Selatan
2. Bangunan Telekomunikasi
3. Bangunan Rumah Sinyal
4. Pusat Reservasi Tiket Kereta Api
Bangunan di sisi selatan bangunan induk stasiun ini dahulunya dimanfaatkan sebagai kantor kondektur. Saat ini bangunan telah diubah khususnya bagian selatan. Untuk bagian utara masih merupakan bangunan lama. Bangunan baru ini menghadap ke arah barat. Pada gevel sisi barat menampakkan adanya profi list sederhana. Saat ini bangunan dimanfaatkan sebagai Pusat Reservasi Tiket Kereta Api.
5. Bangunan Induk Stasiun
Berupa bangunan memanjang timur-barat dengan 2 peron di sisi utara dan selatan. Bangunan ini dimanfaatkan unttuk ruang kepala, ruang tunggu eksekutif, kantin, rumah makan, kantor PPKA dan wartel. Secara umum bangunan ini adalah struktur dinding tanpa atap dengan bagian atas datar (flat), secara keseluruhan bangunan dinaungi oleh struktur baja yang menyangga atap dengan tiang-tiang baja. Pada peron sisi selatan dan utara terdapat 3 jenis tiang penyangga yang berbeda. Di tiang lama stasiun Tugu terdapat inskripsi J.L. Enthoven s’Hage 1886. Bangunan induk ini keseluruhan mempunyai jendela dan pintu dalam skala besar. Sisi timur merupakan pintu masuk yang berupa entrance hall dengan fasad bangunan bergaya art deco.
6. Gedung Kantor Kas
Bangunan ini berada di sisi barat bangunan stasiun dan menghadap arah utara. Secara umum bangunan ini memiliki atap terjal dengan gevel di sisi utara dan selatan yang menampakkan adanya profil berupa blok-blok. Keseluruhan jendela dan pintu dengan skala besar. Pada bagian dalam kondisi relatif masih asli yaitu lantai tegel bermotif geometris warna coklat. Sampai saat ini masih tetap digunakan sebagai kantor kas.
7. Dipo Induk Kereta
Terdiri dari bangunan rumah pompa dan bengkel. Untuk rumah pompa saat ini telah dialihfungsikan sebagai kantor dipo induk kereta, sedangkan bangunan bengkel masih berfungsi seperti dahulu.
8. Dipo Lokomotif
Bangunan Dipo lokomotif ini berada pada emplasemen sisi barat. Bangunan ini menghadap selatan yang terdiri dari 2 bangunan. Pada gevel sisi selatan dan utara terdapat profil list berbentuk blok. Untuk teras sisi timur bangunan ini telah ditutup dengan bangunan permanen yang digunakan sebagai ruang-ruang baru.
9. Bengkel Lokomotif
10. Gedung Resort Listrik Umum
Dahulu bangunan ini adalah gudang muat tinggi yang berada di sisi utara bangunan stasiun. Bangunan ini adalah struktur dinding dengan pilar-pilar beratap seng. Pada gevel sisi timur dan barat terdapat adanya profil list berbentuk sederhana. Saat ini gedung ini dimanfaatkan sebagai ruang Resort Listrik Umum dan ruang Polsuska.
11. Bangunan Resort Jalan, Jembatan dan Rel
