La estación Catalunya de la línea L3 del metro de Barcelona entró en servicio el 30 de diciembre de 1924, con la entrada en servicio del tramo entre esta estación y Lesseps. Este tramo de línea formó el primer ferrocarril metropolitano que tuvo la ciudad de Barcelona que se explotó en aquel momento por la compañía Gran Metro. La estación está situada bajo la plaza Catalunya, en su parte suroeste y cruzando la plaza barcelonesa en diagonal. La estación tiene un solo vestíbulo por el lado oeste, con acceso desde una rotonda subterránea en la cual llegan accesos desde la calle Pelayo, la estación Plaza Catalunya de los FGC, la Rambla, y delante del popular bar Zurich. En este vestíbulo hay taquillas, máquinas de venta de billetes, puertas de control de entrada en los andenes y una gran máquina de venta de comida y refrescos. La salida se realiza por un pasillo paralelo al vestíbulo destinado exclusivamente a la salida de los pasajeros. Los trenes se encuentran a un nivel inferior, formado por dos vías con andenes laterales de 93 metros de largo. Para acceder del vestíbulo al andén de la vía 2 (dirección Zona Universitaria) hay escaleras y para acceder al andén de la vía 1 (dirección Trinitat Nova) hay que pasar por un paso elevado también dotado de escaleras. La estación cuenta con un conjunto de dos ascensores que forman un paso elevado entre andenes independiente, de manera que enlazan tanto los dos andenes como el vestíbulo. Del otro extremo de la estación, al lado este, sale un pasillo de enlace con la estación Catalunya de la línea L1, pasillo que sale a nivel del andén de la vía 2 y a lo que hace falta acceder mediante un paso subterraneo desde el andén de la vía 1 dirección Trinitat Nova.