Ancien terminus de la ligne de Sceaux, elle se situe sous le boulevard Saint-Michel à la hauteur du Jardin du Luxembourg et de l'École des mines. Deux entrées permettent d'y accéder, l'une au nord de la gare à la hauteur de la rue Gay-Lussac, l'autre au sud de la gare sur la place Louis-Marin.
Les travaux du prolongement vers le nord, de fin 1973 à 1977 dans un environnement difficile, avec une double traversée sous-fluviale à réaliser au cœur même du Paris historique, nécessite un tunnel de 2 600 mètres qui doit plonger sous le fleuve, ce qui impose une très forte rampe et nécessite d'amorcer la dénivellation dès cette ancienne gare dont la plate-forme est abaissée de cinquante centimètres.
Elle est aujourd'hui desservie par les trains de la ligne B du RER.
La station a été profondément rénovée en 2000 et 2001. C'est une des rares gares qui a une séparation entre les deux voies.