1955年，建设广州南站的规划构想被正式提出。

1958年5月，广州市人民政府再次向铁道部申报广州新火车站的建设规划，最终获得批准。

1958年5月，广州新火车站开始动工建设。

1967年，广州火车站工程准备复工，可惜“文革”已爆发，工程又告搁浅。

1971年，广州火车站被纳入国家大中型项目，铁道部批准复工，但对原来的设计方案提出了意见：缩小车站的建设规模，节约投资。

1974年，广州火车站工程最终完成。

广州火车站的地铁口出来发现，以往售票大厅没有门通往候车大厅，如今车站分设东、中、西3个进站口，从售票大厅取好票即可经过东进站口直接去往候车大厅。从西面方向前来的旅客也可以在西进站口前面新设的互联网取票区取票进站，实现取票乘车零距离。3个进站口之间新建了8800平方米的带雨棚连廊，作为旅客进站缓冲区，大大减少了旅客行走距离。3个进站口增加了50台自助核验闸机，启用身份证验证进站模式，旅客自助通行快速、便捷。安检方面，更新了双维安检机5台，增配安检人员168人，同样最大限度减少旅客排队等候时间。

根据《广州市城市基础设施发展第十三个五年规划（2016-2020年）》，广州火车站改造工程的建设起止年限为2019年到2022年，将广州火车站改造成枢纽内铁路车站、综合交通枢纽，枢纽体总建筑面积121.3万平方米。