南校区是医学学科的核心承载地，位于长沙市开福区湘雅路，紧邻湘雅医院、湘雅二医院等附属医院。该校区以原湖南医科大学为基础，设有湘雅医学院、公共卫生学院等医学相关院系，汇聚了医学实验平台与临床教学资源，承担着医学人才培养与临床研究的核心任务。从基础医学教育到临床医学实践，南校区依托湘雅医学品牌，为国家输送了大量优质医学人才。
铁道校区位于长沙市天心区韶山南路，是轨道交通、土木工程等优势学科的聚集地。其前身是长沙铁道学院，保留了轨道交通领域的特色学科，拥有交通运输工程学院、土木工程学院等院系，以及国家级轨道交通实验中心等设施。该校区在铁路、城市轨道交通的设计、建设与运营研究方面成果显著，是行业人才培养的重要基地。
新校区位于长沙市岳麓区岳麓山脚下、湘江之滨，是本科生主要就读校区之一。校区占地广阔，建筑设施现代化，涵盖多个工科院系与基础学科院系，配套有教学楼、图书馆、学生宿舍及运动场馆，为本科生提供了舒适的学习生活环境。校内还设有多个公共教学平台，满足不同专业的教学需求。
校本部位于长沙市岳麓区麓山南路，是学校行政与科研的核心区域。这里设有学校主要行政机构，以及材料科学与工程学院、冶金科学与工程学院等特色工科院系，拥有多个国家级重点实验室，是学校科研创新与研究生培养的重要阵地。
各校区之间通过校内通勤车、公共交通紧密衔接，方便师生跨校区学习与工作，构成了中南大学协调发展的办学格局。