Stasiun Klaten memiliki enam jalur kereta api. Pada awalnya jalur 1 merupakan sepur lurus. Setelah jalur ganda ruas Srowot–Ketandan dioperasikan pada tahun 2001 dan ruas Brambanan–Delanggu pada tanggal 15 Desember 2003, jalur 1 merupakan sepur lurus arah Yogyakarta dan jalur 2 merupakan sepur lurus arah Solo.[3][4] Namun, terdapat lintasan rel yang menikung dari arah Yogyakarta saat mendekati jalur 2 karena terdapat peninggalan peron stasiun pada masa NIS yang cukup lebar. Jalur 5 dan 6 yang mengarah ke gudang sudah diperbaiki dan digunakan kembali supaya dapat menampung kereta api yang sedang parkir.
Untuk mendukung pengoperasian jalur ganda, sistem persinyalan mekanik di stasiun ini diganti dengan sistem persinyalan elektrik buatan Len Industri yang sudah dipasang sejak tahun 2013 dan baru dioperasikan mulai 12 Februari 2019.[5][6]
Per Maret 2024, peron pulau di stasiun ini sedang diperpanjang dan dibangun kanopi tambahan agar nantinya dapat mengakomodasi kereta api penumpang dengan rangkaian panjang.
Layanan kereta api
Berikut ini adalah layanan kereta api yang berhenti di stasiun ini sesuai Gapeka 2023 revisi per 1 November 2024.
^Mohamad, Ardyan (21 Juni 2013). Pratomo, Harwanto Bimo, ed. "Kalahkan Siemens, BUMN elektronik raup pendapatan Rp 2,3 triliun". Merdeka.com. Merdeka.com. Diakses tanggal 5 Oktober 2017. Saat ini, masih ada pesanan proyek dari Kemenhub untuk menggarap persinyalan kereta di jalur Jogja-Solo, Duri-Tangerang, dan Parung-Maja.
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).