长沙火车客运站是国内大型火车客运站之一。位于长沙市五一大道东端。站房由湖南省建筑设计院设计。

站场由广州铁路勘测设计所设计。工程设计方案是在国家建委、建委研究院、北京设计院、清华大学建筑系等帮助下，从全国16个省市的设计院和大专院校提供的60个平面方案、70个立面方案中，经多次归纳、综合形成，特点是“前后错层、地道进站、分散空间候车”。湖南省第六工程公司等单位施工。1975年7月1日正式开工。1977年6月30日正式投入使用。概算投资2428万元。由站尝站房和广场三部分组成。占地面积12.16万平方米，其中建筑物30495平方米，站前广场35742平方米，交通广场约18700平方米。车站站房坐东朝西，与岳麓山遥遥相对，同五一大道及横跨湘江、橘子洲头的湘江大桥成一直线。造型继承和发扬中国传统建筑工艺和地方特点，既雄伟壮观，又朴实大方。主楼为“钟塔式”立面，高23米，深96米。中央顶部建有钟塔，塔顶高51米。塔上设火炬模型和四面可见的大钟一架，炬顶距地面63.5米。西立面前厅和南北候车室的空间，按18米标高拉齐作成一条长达151米的大挑檐。钟楼顶部做琉璃三重檐，钟楼轮廓的收分呈微微向外凸起的曲线，简洁新颖，庄重大方。毛泽东手迹“长沙”二字用特殊材料制作，安装在钟楼下方。夜间字体映射红光，闪耀在星城夜空，充满着革命的浪漫主义的风格。大楼二层，平面前后作局部错层。

主楼结构采用现浇砼框架结构，两端为预制变通砼梯形屋架，预应力大型屋面板。广厅采用预制柱屋面为42×42米斜向正交普通型钢联方网架结构，时在国内属首次应用。前厅高15米，面积1350平方米;正厅高18米，面积1764平方米。南北设有高13米、1620平方米的普通候车室2个(底层)，高10米、1008平方米的快车候车室2个(二楼)，另有母婴候车室、贵宾候车室、软席候车室10个，可容6000人同时候车。室内设计与立面造型一致，明朗雅洁，又富有传统特色。主楼北侧为出站大厅，南侧为行包房及其他附属建筑物。站前广场南北宽259米，东西进深138米。广场南侧为售票厅，北侧为邮电大楼，与主楼以雨廊相连，形成左右对称、主次分明的一个有机的建筑群体。站场有到发线6股、存车线1股，南北客外线与京广铁路正线接通。

另有站台3座、雨棚3个、旅客进出站地道3条、行包和邮包专用地道各1条及防空地道等建筑。中轴线上舒展的广尝宽敞的大厅、宽绰的通道，为迎送国宾的礼仪创造了条件。站场设计和建筑质量在当时居全国一流水平，建筑规模和客运量居湖南省第一位，并被建筑界誉为中国现代建筑设计和建筑艺术的代表作。1991年被评为长沙市第一届(1949—1990年)“十佳建筑”之一。