Станция «Комсомольская» получила название по Комсомольской площади, на которую выходит. Площадь получила название в 1933 году в связи с 15-летием создания ВЛКСМ. Ранее площадь называлась Каланчёвской — по существовавшему здесь в XVII веке царскому путевому дворцу с высокой башней — каланчой. При возвращении исторических названий в начале 1990-х годов планировалось вернуть площади историческое название Каланчёвская и так же переименовать станцию метро, но от этого отказались.
Имеется два наземных вестибюля. Один из них расположен в здании Казанского вокзала. Другой же (открытый в 1952 году), совмещённый с вестибюлем станции «Комсомольская» Кольцевой линии, выходит на Комсомольскую площадь, и размещён между зданиями Ярославского и Ленинградского вокзалов. В данный момент из-за крайне высокого пассажиропотока вестибюль работает только для выхода пассажиров. Для входа переоборудован подземный переход, так как вестибюль станции не справлялся с огромным пассажиропотоком. До 1952 года на его месте существовал северный вестибюль (архитекторы А. М. Рухлядев, В. Ф. Кринский, художники В. А. Фаворский и А. Г. Иванов), открытый при пуске первой линии Московского метро. Этот вестибюль оригинальной архитектуры до наших дней не сохранился.
Конструкция станции — колонная трёхпролётная мелкого заложения (глубина заложения — 8 метров). На станции 23 колонны. Шаг колонн — 7 метров. Станция имеет необычную конструкцию: так как на станции изначально предполагался большой пассажиропоток, вдоль всего зала над путями сооружены пешеходные галереи для равномерного распределения пассажиров. На перегоне между станциями «Комсомольская» и «Красносельская» находится ответвление на электродепо «Северное»; именно из него 1 октября 1934 года на станцию «Комсомольская» вышел первый пробный состав Московского метрополитена, состоявший из двух вагонов.
Путевые стены облицованы светло-жёлтой керамической плиткой. Пол выложен серым и красным гранитом, а пол пешеходных галерей-балконов над путями — керамической плиткой (изначально покрытие было асфальтовым). Квадратные в сечении колонны облицованы золотисто-жёлтым мрамором «чоргунь». Капители колонн украшены бронзовой эмблемой Коммунистического интернационала молодёжи (КИМ), подчеркивающей вклад комсомольцев 1930-х годов в строительство метрополитена. Стены балконных галерей покрыты мрамором «газган», колонны на балконах — прохоро-баландинским мрамором. Для оформления станции впервые в метрополитене были применены панно из майоликовой плитки, отражающие героику труда комсомольцев-метростроевцев («Метростроевцы», художник Е. Е. Лансере).
