ตั้งอยู่บริเวณกลางวงเวียนอนุสาวรีย์พิทักษ์รัฐธรรมนูญ จุดตัดระหว่างถนนพหลโยธิน ถนนแจ้งวัฒนะ และถนนรามอินทรา ในพื้นที่แขวงอนุสาวรีย์ เขตบางเขน กรุงเทพมหานคร โดยสถานีรถไฟฟ้าบีทีเอส สายสุขุมวิท จะตั้งตามแนวถนนพหลโยธิน โดยคร่อมอยู่เหนืออุโมงค์ลอดใต้วงเวียนอนุสาวรีย์พิทักษ์รัฐธรรมนูญ และสถานีรถไฟฟ้าสายสีชมพู จะขนาบข้างสะพานข้ามวงเวียนอนุสาวรีย์พิทักษ์รัฐธรรมนูญ ตามแนวถนนรามอินทรา

ในแผนงานเดิมของสำนักงานนโยบายและแผนการขนส่งและจราจร (สถานะก่อนกรมการขนส่งทางราง) สถานีแห่งนี้ใช้ชื่อว่า สถานีวงเวียนหลักสี่ ตามชื่อทางแยก และ สถานีอนุสาวรีย์พิทักษ์รัฐธรรมนูญ ตามชื่ออนุสาวรีย์พิทักษ์รัฐธรรมนูญอันเป็นสัญลักษณ์ใหญ่ในพื้นที่ตั้ง แต่ในแผนการดำเนินการของการรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย ได้มีการเปลี่ยนชื่อสถานีแห่งนี้เป็น สถานีวัดพระศรีมหาธาตุ ตามชื่อวัดพระศรีมหาธาตุและตามชื่อสถานีในสายสีชมพู อย่างไรก็ตามในช่วงแรกของการเปิดให้บริการส่วนต่อขยายสายสีเขียวใต้ (แบริ่ง-สำโรง) บีทีเอสซี และกรุงเทพมหานคร ได้ประกาศชื่อสถานีเป็น สถานีอนุสาวรีย์หลักสี่ ก่อนแจ้งยืนยันชื่อสถานีกับกรมการขนส่งทางรางและเปลี่ยนกลับเป็น สถานีวัดพระศรีมหาธาตุ ตามเดิม

อนึ่ง ในคราวก่อสร้างสถานีแห่งนี้ ได้มี กลุ่มคนไม่ระบุหน่วยงาน เข้ามารื้อย้ายอนุสาวรีย์พิทักษ์รัฐธรรมนูญออกไปจากพื้นที่ เพื่อเป็นการเตรียมพื้นที่ให้การรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทยและกิจการร่วมค้าบีเอสอาร์ดำเนินการเข้าพื้นที่เพื่อก่อสร้างสถานี ซึ่งผลการกระทำดังกล่าวได้สร้างความไม่พอใจกับประชาชน รวมถึงสร้างแรงกดดันทางการเมืองกับฝ่ายประชาธิปไตย[2] เดิมที รฟม. ได้มีการเคลื่อนย้ายจากตำแหน่งเดิม 45 องศา เพื่อใช้พื้นที่ก่อสร้างสถานี และไม่ให้บดบังทัศนียภาพของวัดพระศรีมหาธาตุ รวมถึงเตรียมที่จะบูรณะใหม่ให้สมบูรณ์มากขึ้น แต่ไม่นานหลังจากนั้นก็เกิดเหตุการณ์นี้ และทั้งกรุงเทพมหานคร และรฟม. ได้ปฏิเสธว่าไม่ทราบเรื่องการย้ายอนุสาวรีย์ออกไปจากพื้นที่ ภายหลังได้มีการทุบฐานอนุสาวรีย์ทิ้งทั้งหมด[3]และปรับปรุงใหม่เป็นสวนหย่อมเพื่อเพิ่มทัศนียภาพ

ในช่วงเปิดทำการ สถานีวัดพระศรีมหาธาตุ จะทำหน้าที่เป็นสถานีปลายทางในส่วนเหนือ (Northbound Section) ของโครงการรถไฟฟ้าเฉลิมพระเกียรติ 6 รอบพระชนมพรรษา สาย 1 (สุขุมวิท) ไปจนกว่าการติดตั้งระบบในส่วนต่อขยายสายสุขุมวิท ระยะที่ 4 (วัดพระศรีมหาธาตุ - คูคต) จะแล้วเสร็จทั้งระบบในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2563