Во время Сталинградской битвы железнодорожный вокзал города, построенный в 1871 году, был почти полностью уничтожен. Проект нового здания создали архитекторы Самуил Брискин и Александр Куровский, а также инженер-конструктор Александра Кадильникова.
Новое кирпичное здание построили немногим севернее старого в 1951-1954 годах. Его фасады облицованы инкерманским камнем и гранитом, стены интерьера — мрамором. По бокам от входной лестницы установлены пятиметровые многофигурные барельефы. На левом изображены битвы Гражданской войны за красный Царицын, на правом — защитники Сталинграда, повергшие фашистов. Над центральным входом установлены барельефы медали «За оборону Сталинграда» и ордена Красного Знамени.
Потолки здания вокзала расписаны: в правом зале — на тему боевого подвига защитников Сталинграда, в левом — на тему трудового подвига после Великой Отечественной войны. Авторами росписей стали художники В. Крылов, Я. Скрипков и Д. Мерперт. Считается, что на фреске с событиями Гражданской войны в массовке нарисованы тогдашний начальник пассажирских перевозок и главный архитектор вокзала.
В 1997 году волгоградский железнодорожный вокзал был признан региональным памятником архитектуры. В 2005 году здание подверглось капитальному ремонту. 29 декабря 2013 года возле входа в вокзал произошёл теракт, в результате которого погибли 17 человек. В рамках восстановительных работ были отремонтированы циферблаты башенных часов, отреставрированы барельефы и воссозданы лепные карнизы. Входные двери восстановили по чертежам 1954 года, в зале ожидания сохранили первоначальный орнамент на полу.
