大牟田駅（おおむたえき）は三井三池炭田を背景とした工業都市大牟田の代表駅で福岡県大牟田市不知火町一丁目および久保田町二丁目にある、九州旅客鉄道（JR九州）・日本貨物鉄道（JR貨物）・西日本鉄道（西鉄）の駅です。JR側駅舎（駅東口）の前を国道208号が鹿児島本線に並行する形で通っています。駅周辺は大牟田の行政の中心です。
開業当時の地名（三池郡大牟田町）から。なお、「大牟田」は、近世以来の地名、「大きなムタ（湿地）」の意。
中部有明地域の主要都市である大牟田市の中心駅で、全列車が停車する。JR九州の鹿児島本線と、西鉄の天神大牟田線が乗り入れており、このうち西鉄天神大牟田線は当駅が終点です。また、両線がともに乗り入れるのは当駅のみです。
九州新幹線の全線開業に伴いJR九州における広域輸送の役割は新大牟田駅が担うことになったため、当駅に停車する列車は快速及び普通列車が主流となり、特急列車は朝の上り・夜の下りに運行される「有明」のみとなった。また博多駅方面からの快速及び普通列車、熊本駅方面からの快速及び普通列車の一部が当駅で折り返している。
JR九州と西鉄は連絡運輸取決めを結んでいて、当駅を乗換駅として鹿児島本線の荒尾駅 - 熊本駅間の各駅と、天神大牟田線の新栄町駅以外の特急停車駅および太宰府線太宰府駅間の相互区間の連絡乗車券が購入できる。その場合、JRと西鉄の区間を合わせた通算キロが101km以上になると、通常のJRの乗車券と同様に有効期間が2日間となり、途中下車も可能になる。切符の購入は両社とも上記区間の駅のみで可能で、JRのマルス券は西鉄の自動改札には対応していないが、西鉄の自動券売機で発行した切符はJRの自動改札に対応している。なお、この連絡運輸は、以前は鹿児島本線熊本駅 - 西鹿児島駅（現在の鹿児島中央駅）間および三角線も対象であったが、2004年3月の九州新幹線部分開業に伴い、現在の区間に短縮された。
単式ホーム1面1線と島式ホーム1面2線、合計2面3線のホームを持つ地上駅。
直営駅で、みどりの窓口が設置されている。駅自動放送が導入されている。東口切符売場に券売機は2台、改札口の改札機は3台。西口切符売場にはICカードチャージ機と１台の券売機。
のりば
1 ■鹿児島本線 （下り） 玉名・熊本・八代方面
１番ホームは幅が広く、跨線橋の両脇に通路があります。
2・3 ■鹿児島本線 （下り） 玉名・熊本・八代方面
（上り）久留米・鳥栖・博多方面
ホームには前面に上屋がかかっています。
昭和31(1956)年3月改築のコンクリート駅舎の東口は一部2階建て構造となっています。オープン構造の入口。当初3階建てで設計されていたが、石炭産業の斜陽化に伴い平屋建てに設計変更されている。以前はJR・西鉄それぞれのホームへ入出場することができたが、現在ではJRの改札口のみが設けられ、西鉄ホームへの入出場はできません。
ケンタッキーフライドチキンやファミリーマート（JR大牟田駅店）、トランドール、千年の宴、大牟田駅うどん店などが入居している。また、かつてはキヨスクもあったが、現在は閉店し自動販売機コーナーとなっている。
西口は、JR・西鉄双方の改札口が別々に設置されている。改札内でのJR・西鉄相互の乗換はできない。ファミリーマート（大牟田駅西口店）がある。また、西鉄改札口ではレンタサイクルのサービスもある。唯一の販売業者であった大牟田駅弁が2007年12月廃業して以降、当駅での駅弁販売は行われていない。なお、廃業直前に販売されていた弁当は御料理とたいらギ寿しでした。
電報略号 オム
駅構造 地上駅
ホーム 2面3線
乗降人員
-統計年度- 5,867人/日
-2011年-
開業年月日 1891年（明治24年）4月1日
備考 直営駅
みどりの窓口 有
1891年（明治24年）4月1日 - 九州鉄道（初代）の駅として開業。
1907年（明治40年）7月1日 - 九州鉄道国有化、国有鉄道（当時は帝国鉄道庁）の駅となる。
1911年（明治44年）2月 - 現在位置に移転。
1939年（昭和14年）7月1日 - 九州鉄道（2代目）大牟田線（後の西鉄天神大牟田線）の大牟田駅が開業。
1942年（昭和17年）9月22日 - 九州鉄道（2代目）が合同合併し西日本鉄道成立により同社大牟田線となる
1945年（昭和20年）7月26日 - 大牟田大空襲被災により駅本屋を含め大牟田駅構内が焼失。
1956年（昭和31年）3月 - 現4代目駅本屋完成。
1986年（昭和61年）11月1日 - 荷物の取扱を廃止。
1987年（昭和62年）4月1日 - 国鉄分割民営化により、国鉄の駅は九州旅客鉄道（JR九州）・日本貨物鉄道（JR貨物）が継承。
1996年（平成8年）3月16日 - 専用線発着を除くコンテナ輸送を、貨物列車からトラック輸送に転換。鳥栖駅との間にトラック便運行開始。
2001年（平成13年）1月 - 三井化学専用鉄道で海上コンテナ輸送開始。
2006年（平成18年）3月18日 - トラック便の発着駅を鳥栖駅から鳥栖貨物ターミナル駅に変更。
JR貨物の駅は、コンテナ貨物と車扱貨物の取扱駅となっている。専用鉄道発着を除く、駅のフロント（大牟田オフレールステーション）で取り扱うコンテナ貨物については1996年（平成8年）3月よりトラック便による代行輸送となっている。車扱貨物と専用鉄道を発着するコンテナについては、2008年（平成20年）3月15日改正現在でも貨物列車による輸送となっている。
大牟田オフレールステーション
駅東口の南側には、当駅に属するコンテナ集配基地の大牟田オフレールステーション（略称：大牟田ORS）がある。貨物列車代替のトラック便が、ここと鳥栖貨物ターミナル駅との間に1日10往復運行されている。取扱貨物は、12フィートコンテナのみとなっている。なお、「オフレールステーション」の通称は2006年（平成18年）4月より使用されている。
以前は駅フロントでも車扱貨物の取扱があり、南四日市駅よりタンク車で輸送された、三菱ガス化学佐賀製造所向けの過酸化水素水の取扱があったが、2003年（平成15年）3月にタンクコンテナ化された際に着駅が変更された。
仮屋川操車場・専用鉄道
大牟田駅から1.5kmほど北側の大牟田市下白川町に、仮屋川操車場と呼ばれる当駅構内扱いの施設がある。ここは旧・三池鉄道の旭町駅で、ここから南へ向かい三井化学大牟田工場に至る同社の専用鉄道が分岐している。専用鉄道には、南延岡駅発送の液体塩素が専用タンク車で、黒崎駅発送の濃硝酸が専用コンテナで到着している。また、海上コンテナの取扱いもあり、輸出コンテナが北九州貨物ターミナル駅を経由して北九州港から発送され、空コンテナが同港から到着している。
これらを輸送する貨物列車は、北九州貨物ターミナル駅経由で南延岡駅との間に1日1往復運行されている。駅構内・操車場内の入換作業用のため、同駅にはDE10形ディーゼル機関車が常駐している。
西鉄が新車両を導入する際は、JR線を通って大牟田駅まで回送され、構内で西鉄線に移し変えられていたが、1999年（平成11年）に導入された6050形6157編成以降は門司港から筑紫車庫へ直接陸送するようになった。太平洋戦争末期の大牟田大空襲により駅舎が全焼、駅史も焼失したため、1945年（昭和20年）以前に大牟田駅に勤務していた一般職員は元より駅長助役の氏名不明者も多数存在する。1番線熊本方に存在するホーム屋根の基礎に使われている中古レールの刻印は、八幡製鉄所製皇紀表記の珍品。旧九州鉄道（西鉄）は旧国鉄（JR）へ間借りする形で大牟田延長をしたため、駅舎は東口・西口ともJRの保有となっている。また、銀水 - 大牟田間の鹿児島本線と天神大牟田線の並走区間も、踏切構造はJRの基準に合わせられている。