Станция Воробьевы горы располагается близ левого берега Москвы-реки, стоит в центре бывшей Лужнецкой поймы. Исторически станция размещалась на территориях Хамовнического поля и бывшего Вавилонского сада, принадлежавшего Новодевичьему монастырю.

Первоначально станция предназначалась лишь для обмена вагонами с Московско-Брянской (Московско-Киевско-Воронежской) железной дорогой. Для управления работой примыкания соединительной ветви было использовано пассажирское здание остановочного пункта Потылиха, совмещенное с исполнительным постом, который получал команды о подготовке того или иного маршрута от дежурного по станции Воробьевы горы и в соответствии с ними переводил стрелки в ту или иную сторону.

Впоследствии, с развитием промышленности в Лужниках и Хамовниках, Воробьевы горы стали одной из крупнейших станций Окружной ж/д. Рядом с ней, на месте современного стадиона "Лужники", находились судоверфь и лесные склады, имевшие обширный парк подъездных путей. Напротив Андреевского монастыря находился военный завод "Союз", выпускавший авиационные двигатели и также имевший систему подъездных путей. В сторону центра города шли подъездные пути к заводам "Каучук" (по его трассе проходит современная улица Ефремова) и к фабрикам на Саввинской набережной, причем их подъездные пути начинались с внешней стороны станции, проходили под Краснолужским мостом кривой малого радиуса и шли между набережной и прудом у Новодевичьего монастыря. В 1956 году, даже раньше, чем главная станция Окружной – Лихоборы, Воробьевы горы получили систему электрической централизации стрелок и сигналов.

Расположение станции на низком берегу Москвы-реки вызвало необходимость в высокой искусственной насыпи для размещения на ней станционных зданий для защиты от наводнений. Это привело к необходимости строительства двухэтажного здания вокзала и размещения платформы с пассажирским дебаркадером консольной системы и пассажирскими залами на втором уровне. Для выхода к путям нужно было пройти по ажурному металлическому мостику с навесом – дебаркадеру.

Дебаркадер представляет собой пешеходный мост консольной системы. В современном оформлении на нем можно увидеть расположенные по контуру фонари. Однако они не оригинальные. Нынешние фонарные столбы служили опорами для навеса пассажирского дебаркадера, и только после его демонтажа сохранившиеся столбы стали использовать как фонарные.

Крупное здание вокзала позволило совместить в нем практически все станционные постройки: жилые помещения для станционных служащих, контору начальника станции, телеграф, а также единственный на кольце буфет. Стоит обратить внимание, что передний и задний фасады здания симметричны до мельчайших деталей, кроме центральной части, на которой в связи с размещением дебаркадера пришлось отказаться от доминанты арочного окна.

В 1975 году станция Воробьевы горы стала местом съемки почти всех железнодорожных сцен детского фильма "Меняю собаку на паровоз". В фильме показаны вокзал и путевое развитие станции, ее напряженная работа: в кадре постоянно проходят тяжелые грузовые поезда, ведомые тепловозами ТЭ3.

В 1990-е годы всё путевое развитие станции сняли, оставив лишь два главных пути. Сегодня здесь находится эстакада Третьего транспортного кольца.