机场线东直门站是机场线的起点站，与地铁2号线东直门站、城铁13号线东直门站换乘。车站外包尺寸长×宽×高为190.98×22.44×25.36米，侧式站台宽6米，有效站台长80米，总建筑面积10652平米。
由于车站设计预留从地铁2号线下向西延伸条件，所以轨面埋深达26.2米，基坑深度近28米，B段结构距城铁车站外皮2米，覆土厚2.5～1.2米。
受站位附近道路交通、建筑物、地下管线以及地下构筑物的控制，本站结构形式较为复杂，车站主体结构由4段独立结构组成，自西向东依次为西侧单层暗挖双联拱段（A段，结构长34.20m，最大跨度18.74m）、西侧明挖段（B段，四层双跨矩形框架结构，结构长57.70m,宽22.24m）、过折返线段（C段，折返线上明挖单层双跨结构，宽16.82m，高6.2m；折返线下为暗挖平顶直墙结构，宽12.3m，高10.71m）及东侧明挖段（D段，五层三跨矩形框架结构，结构长33.25m，宽22.44m），主体结构总长156m。
附属结构包括：最西侧安全线（暗挖单跨单拱结构，长34.73m，最大跨度12.3m），一座施工竖井及暗挖通道（竖井长7.8m，宽6.8m，深31.482m；通道长27.11m，宽5.8m，高13.745m）及由通道向南暗挖一个通道用做设备用房(长13.76m，宽5.50m，高7.20m)，一个暗挖换乘通道与现有换乘方厅相连通（L型，长23.547m+13.176m，宽6.8m），一个换乘通道与现有过街通道相连通，一个暗挖换乘通道与城铁和方厅联络通道相连通，一个无障碍垂直电梯直通地面，车站向北与城铁地下一层换乘大厅及东华广场地下一层留两个换乘通道，三座风亭、三个疏散口直通地面，一个出入口直通地面。