1934年12月，西安站始建，建站初期有到发线6条，牵出线1条，站台两座，票房为一座大屋顶歇山式仿古宫殿型站房，砖墙、琉璃瓦顶，雕梁画栋，中厅纵空，四周为二层环楼，楼上用于办公，楼下为售票室、行包房及候车厅。

　　1935年6月1日，陇海铁路潼（关）西（安）段修通，在西安举行通车典礼，车站定名为“西安车站”，为一等站。1937年，西安车站更名为长安站。1952年1月1日，西安站名称恢复。

　　1984年6月，西安车站改建工程开工。1985年12月，车站改建第一期工程主楼竣工。1988年8月1日，西安站由一等客运站升格为特等客运站，车站客运西配楼竣工并投入使用。1990年10月1日，西安站东配楼售票厅和办公楼交付使用。至此，为期6年的改建工程完成。

　　2005年，经原铁道部批准，将原郑州铁路局下辖的原西安铁路分局和原安康铁路分局合并，成立原西安铁路局，车站改隶至原西安铁路局。2014年7月，西安站开始进行扩建，整改扩建工期五年。

　　2016年07月30日，西安站扩建工程全面启动。预计2020年西安站北站房、北广场将投入运营。预计2022年西安站将全面建成运营。

　　2020年11月初，西安火车站第一候车室和第三候车室改造后投入使用。