西安地铁四号线全长35.2公里，南起航天新城，北到北客站（北广场），为南北走向。线路依次贯穿西安航天基地、曲江新区、雁塔区、碑林区、未央区、经济技术开发区，途径西安北站、大明宫国家遗址公园、火车站、五路口、大雁塔、大唐芙蓉园、曲江池遗址公园等人流密集区，全线设车站29座，均为地下站，设航天城车辆段1座，草滩停车场1座。

随着西安火车站站改工程的结束，四号线将成为西安地铁线网中唯一衔接西安火车站、西安北客站，并续接机场线的地铁线路。