Stasiun Tulungagung memiliki tiga jalur kereta api dengan jalur 1 merupakan sepur lurus. Dahulu, stasiun ini memiliki lima jalur aktif dengan jalur 4 dan 5 yang digunakan untuk bongkar muat barang pada 1995, tetapi kedua jalur tersebut kini sudah dibongkar. Sebuah literatur menyebutkan bahwa stasiun ini pernah memiliki lebih dari lima jalur.
Pada 1970-an, stasiun ini merupakan stasiun kelas besar yang memiliki fasilitas prasarana pendukung kereta api berupa jembatan timbang, menara air (masih ada hingga saat ini), pemutar rel, dan depo lokomotif. Pada masa Hindia-Belanda, stasiun ini merupakan stasiun percabangan yang menghubungkan Tulungagung ke arah selatan hingga Popoh dan barat hingga Kabupaten Trenggalek (lintas Tulungagung-Tugu)—jalur cabang tersebut telah dinonaktifkan pada 1930-an, tetapi peninggalannya masih dapat ditemukan walaupun hanya sedikit.
Layanan kereta api
Berikut ini adalah layanan kereta api yang berhenti di stasiun ini sesuai Gapeka 2023.[4]
Untuk melihat daftar stasiun secara lengkap, dapat mengklik "(Kategori/Daftar)" pada masing-masing daerah atau pranala artikel. Templat ini meringkas daftar stasiun yang dioperasikan oleh KAI (hanya stasiun utama yang diswakelola oleh perusahaan induk) dan operator KA lainnya (hanya pranala).