ถนนกรุงธนบุรี เชิงสะพานลอยข้ามทางแยกตากสิน (จุดตัดระหว่างถนนกรุงธนบุรี, ถนนราชพฤกษ์ และถนนสมเด็จพระเจ้าตากสิน) บริเวณปากซอยสารภี 3 (ซอยกรุงธนบุรี 1 และ 4) ในพื้นที่แขวงคลองต้นไทรและแขวงบางลำภูล่าง เขตคลองสาน กรุงเทพมหานคร

บริเวณโดยรอบสถานีเป็นชุมชนที่พักอาศัยหนาแน่น มีโครงการก่อสร้างคอนโดมิเนียมใหม่เป็นจำนวนมากหลังจากที่มีโครงการส่วนต่อขยายรถไฟฟ้าเกิดขึ้น จากสถานีสามารถเดินทางไปยังชุมชนและย่านค้าเครื่องหนังบริเวณถนนเจริญรัถ ใกล้ตลาดวงเวียนใหญ่และถนนลาดหญ้าได้ โดยใช้เส้นทางผ่านซอยสารภี 3 ระยะทางประมาณ 400 เมตร

ก่อนหน้าที่ส่วนต่อขยายรถไฟฟ้าจะเปิดให้บริการ ผู้โดยสารจากฝั่งธนบุรีจำนวนมากต้องโดยสารเรือข้ามฟากที่ท่าเรือเป็ปซี่หรือเดินทางข้ามสะพานสมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราชเพื่อเข้าสู่ระบบรถไฟฟ้าที่สถานีสะพานตากสินและสถานีสุรศักดิ์ แต่จากการเปิดให้บริการที่สถานีวงเวียนใหญ่ ทำให้ผู้โดยสารรถประจำทางจากถนนสมเด็จพระเจ้าตากสินและบริเวณวงเวียนใหญ่สามารถเข้าสู่ระบบรถไฟฟ้าได้โดยตรง ซึ่งที่ตั้งของสถานีวงเวียนใหญ่ห่างจากสถานีแรกของฝั่งธนบุรีคือ สถานีกรุงธนบุรี เพียง 640 เมตรเท่านั้น

สถานีแห่งนี้เคยใช้ชื่อในโครงการระหว่างการก่อสร้างว่า "สถานีแยกตากสิน" เพราะตั้งอยู่ใกล้ทางแยกตากสิน (แต่จุดกึ่งกลางสถานียังห่างจากทางแยกถึงประมาณ 400 เมตร เนื่องด้วยข้อจำกัดจากโครงสร้างสะพานข้ามทางแยกตากสิน) ต่อมาได้เปลี่ยนชื่อเป็น "สถานีวงเวียนใหญ่" ในปัจจุบัน สอดคล้องกับวงเวียนใหญ่ที่ถือเป็นจุดหมายตาที่สำคัญในย่านนี้ แม้ที่ตั้งวัดจากจุดกึ่งกลางสถานีจะอยู่ห่างจากสถานีรถไฟวงเวียนใหญ่ของเส้นทางรถไฟสายแม่กลอง ถึง 800 เมตรและห่างจากพระบรมราชานุสาวรีย์ สมเด็จพระเจ้าตากสินมหาราช ณ วงเวียนใหญ่กว่า 1 กิโลเมตร ซึ่งทางกรุงเทพมหานครเคยมีแนวคิดที่จะสร้างสะพานทางเดินจากสถานีวงเวียนใหญ่ไปตามเกาะกลางถนนสมเด็จพระเจ้าตากสินและเชื่อมต่อไปยังพระบรมราชานุสาวรีย์ที่วงเวียนใหญ่ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้สัญจรบริเวณนี้

ปัจจุบัน สถานีวงเวียนใหญ่ไม่ได้เป็นสถานีปลายทางอีกต่อไป เนื่องจากเส้นทางรถไฟฟ้าบีทีเอส สายสีลม ส่วนต่อขยายวงเวียนใหญ่-บางหว้า ได้เปิดให้บริการอย่างเป็นทางการตั้งแต่วันที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2556