ภายในอาณาบริเวณของศูนย์คมนาคมพหลโยธิน ด้านหน้าสวนจตุจักรด้านทิศใต้ ในพื้นที่แขวงจตุจักร เขตจตุจักร กรุงเทพมหานคร

สถานีหมอชิตเคยทำหน้าที่เป็นสถานีปลายทางของระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ตั้งแต่เปิดทำการจนถึง พ.ศ. 2562 แต่ปัจจุบันไม่ได้ทำหน้าที่นี้อีกต่อไป เนื่องจากกรุงเทพมหานคร และการรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย เปิดใช้งาน โครงการรถไฟฟ้าสายสีเขียวเข้ม ช่วงหมอชิต (พหลโยธิน)-คูคต ระยะที่ 1 หมอชิต-ห้าแยกลาดพร้าว เมื่อวันที่ 9 สิงหาคม พ.ศ. 2562 ทำให้มีการเดินรถเพิ่ม 1 สถานีจากหมอชิตข้ามทางยกระดับอุตราภิมุข ไปจนถึงห้าแยกลาดพร้าวแล้วตีกลับ และยังได้เปิดให้บริการต่อเนื่องในระยะที่ 2 ตั้งแต่ห้าแยกลาดพร้าว-มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ เมื่อวันที่ 6 ธันวาคม พ.ศ. 2562 และระยะที่ 3 ตั้งแต่มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์-วัดพระศรีมหาธาตุ ในวันที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2563 ก่อนที่จะเปิดใช้งานทั้งโครงการใน เดือนธันวาคม พ.ศ. 2563 รวมระยะเวลาที่สถานีหมอชิตทำหน้าที่เป็นสถานีปลายทาง 19 ปี 8 เดือน 4 วัน

ทั้งนี้ ที่ตั้งของสถานีหมอชิต ยังถือเป็นส่วนหนึ่งของแผนการพัฒนาศูนย์คมนาคมพหลโยธิน ซึ่งจะเป็นศูนย์กลางในการคมนาคมระบบรางแห่งใหม่ของประเทศไทย โดยการรถไฟแห่งประเทศไทยได้เตรียมแผนที่จะก่อสร้าง โมโนเรล และรถโดยสารด่วนพิเศษ ออกมาจากสถานีกลางบางซื่อ เพื่อรับ-ส่งผู้โดยสารรอบ ๆ ศูนย์คมนาคม ตลอดจนสถานีหมอชิต เพื่อเชื่อมต่อโครงข่ายรถไฟฟ้าชานเมืองสายสีแดงและระบบรถไฟความเร็วสูงให้เข้าถึงรถไฟฟ้าบีทีเอส ซึ่งเป็นหนึ่งในสายหลักที่จะเข้าสู่ย่านเศรษฐกิจที่สำคัญของประเทศได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเปลี่ยนเส้นทางซ้ำซ้อน