西安地铁4号线呈南北走向，共设29座车站。
北段从北客站（北广场）站出发，这是重要的交通枢纽，方便乘客换乘高铁等交通工具。之后途经元朔路站、凤城十二路站、凤城九路站等，这些站点位于城北的商业、居住集中区域，方便居民出行和购物。
中段经过行政中心站，在此可与2号线换乘，进一步拓展出行范围；文景路站、大明宫北站等，周边有诸多文化、休闲场所。大明宫西站临近大明宫国家遗址公园，为游客提供便利。含元殿站、火车站站，火车站站方便人们往来西安站。
南段有五路口站，地处繁华商圈；大差市站、和平门站周边文化氛围浓厚。建筑科技大学·李家村站、大雁塔站，大雁塔站靠近著名景点大雁塔，吸引大量游客。大唐芙蓉园站、曲江池西站，方便人们前往曲江的景区游玩。金滹沱站、航天大道站等则服务于曲江及航天基地的居民。终点为航天新城站，助力航天基地的发展与交通联系 。
