Первый вокзал в Царицыне был деревянный. Позднее было возведено кирпичное здание.
В ходе ожесточенных боев в дни Сталинградской битвы здание вокзала было разрушено. В 1950-х годах на этом месте было построено ныне существующее здание. Проектировалось оно Волгоградским филиалом Дорпроекта Приволжской железной дороги в 1950—1953 гг. Авторы проекта архитекторы А.В. Куровский и С.3. Брискин, инженер-конструктор А.Ф. Кадильникова. Строительство осуществлялось Главжелдорстроем МПС с июля 1951 по май 1954 г. 2 июня 1954 года здание было сдано в постоянную эксплуатацию.
Трехэтажное здание с цокольным этажом венчается башней со шпилем. Стены кирпичные, перекрытия железобетонные. Фасады облицованы гранитом и инкерманским камнем, частично оштукатурены; стены в интерьере преимущественно облицованы мрамором. Потолки в залах отделаны лепными карнизами, кессонами, розетками. Росписи, посвященные героике войны и мирного труда, выполнены художниками Я. Скрепковым, В. Крыловым, Д. Мерпертом. Скульптурные группы и барельефы в комплексе вокзала выполнены скульпторами М. Д. и Н. А. Павловскими и В. Н. Безруковым.
Здание решено в монументальных формах архитектуры послевоенных лет. Оно формирует Привокзальную площадь и является завершающим акцентом анфилады площадей от набережной Волги и застройки всей центральной части города-героя.
В 1997 году здание железнодорожного вокзала признано памятником архитектуры.
