Établie à 172 mètres d'altitude, la gare de Dompierre est située au point kilométrique (PK) 88,678 de la ligne de Fives à Hirson, entre les gares ouvertes de Leval et de Saint Hilaire.
Dompierre est desservie par des trains TER Nord pas de Calais qui effectuent des missions entre les gares : de Lille Flandres et d'Hirson, ou Charleville Mézières.
