16号线起自六环外北安河，在北清路西端设置北安河站，之后沿北清路自西向东，在温阳路路口设置温阳路站，在稻香湖路路口设置稻香湖路站，在屯佃村北侧设置屯佃站，温阳路站、稻香湖路站以及屯佃站主要服务于中关村创新园和环保园。
线路在永丰产业基地设置永丰站。之后线路转入永丰路，在永丰产业基地南设置永丰南站，在西北旺设置西北旺站。线路过西北旺后转入圆明园西路，分别在马连洼北路设置马连洼站，在农大南路设置肖家河站。线路过五环路肖家河桥后至西苑，在西苑交通枢纽设置西苑站，线路出西苑站后沿万泉河高架桥的西侧向南，自西苑医院一角穿过，之后下穿海淀公园，向东转入北四环。线路在万泉河桥设置万泉河桥站，之后沿北四环向东，在海淀桥线路向南转入苏州街，沿着苏州街南下，线路沿苏州街向南在苏州街与海淀南路路口设置苏州街站。
由苏州街站向南，至西三环路苏州桥设苏州桥站；沿西三环路一直向南，在万寿寺处八一剧场门前设万寿寺站；之后线路转向东，下穿紫竹院公园至国家图书馆站。之后下穿动物园及西直门外大街至三里河路，沿三里河路向南，在与车公庄大街交汇处设二里沟站，在与阜成门外大街交汇处设甘家口站，在玉渊潭东门设玉渊潭东门站，在木樨地桥设木樨地站。线路下穿木樨地桥及永定河引水渠，进入三里河南延路，线路下穿北京地下直径线，在广安门外大街设达官营站。
线路沿莲花河西侧路至红莲南路设红莲南里站；之后转入骆驼湾西路进入丽泽商务区的核心区设置丽泽商务区站，之后折向西在三环路西侧，三环新城的东北角设丰益桥南站，沿铁路向西进入丰台火车站。过丰台火车站后线路转入万寿路南延，与9号线并行1.1千米，在9号线丰台南路站的东侧设站；在丰台公园处转入富丰路，在富丰桥下设站，沿富丰路向西设置看丹站。之后向西北进入榆树庄，再往西偏北，在抗战雕塑园西侧、五环路东侧设置终点站宛平城站。
北京地铁16号线所有站点
北安河站、温阳路站、稻香湖路站、屯佃站、永丰站、永丰南站、西北旺站、马连洼站、农大南路站、西苑站