旧长沙站址位于市中心的小吴门至浏城桥之间的狭长地段，建于宣统2年12月(1911年元月)，是一个办理客、货运业务的车站，抗日战争前为二等站。开站时仅有3股道(含正线)，至中华人民共和国成立时，近40年间，线路及客货运设备无多大改善，客运候车室仅160平方米，只能容纳100多名旅客候车。1950年起，对旧长沙车站逐年进行改建、扩建。增加股道、新建站屋、雨棚、天桥、延长站台等。

至1965年，客运房屋扩建至5366平方米(其中为旅客服务的房屋4067平方米)，站台雨棚两座，2330平方米，行包房86平方米。长沙是京广、浙赣、湘黔三大干线和醴茶、韶山两条支线的旅客集散和中转的交通枢纽。随着国民经济的发展，铁路运输客、货流量日益增长，长沙站的设备能力远不能满足需要，又无法且不宜再在原地扩建，故国家计委批准在长沙外绕线上修建长沙新客站。新车站站屋由省建筑设计局于1974年4月开始进行方案设计。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，定为“钟塔式”立面、并报准当时的铁道部长万里等领导和专家最后审定。车站站屋位于长沙市主要干道至五一路东头顶端，坐东朝西，与岳麓山遥遥相对，同跨桔子州头的湘江大桥成一直线。站屋主楼总面积18989平方米，站屋面宽15/米。进深96米，高18米;中部设灯塔，塔顶高51米，火炬顶端高63.5米，钟塔上设四面可见的大钟一架，每小时先奏《东方红》乐曲，然后响钟报时，夜深人静时，5公里之内清晰可闻。主楼内设4个南北向的纵向通过式普通候车室，一楼两侧为慢车候车室，高13米，面积各为1620平方米;二楼两侧为快车候车室，高10米，面积各为1008平方米;有母婴候车室2个，面积各为288平方米;二楼靠基本站台设有贵宾候车室6个、总面积为456平方米;二楼中部两侧为软席候车室，面积各为240平方米;前厅高15米，1350平方米;正厅高18米，1764平方米。

为旅客服务的附属房屋还有售票厅(1566平方米)、行包房(5409平方米)、小件寄存、出口大厅等8080平方米。新客站站场由广州铁路勘测设计所设计，站场有到发线6条，存车线1条，南北客外线与京广正线接通。有站台3座、雨棚3座。地道5条。客站工程自1975年7月1日正式开工，1977年6月30日竣工，当日15时举行通车典礼，18点零5分从新长沙站开出第一列旅客列车——长沙至北京的2次特快。长沙新客站占地12.16万平方米，其中建筑物占2.73万平方米，广场3.57万平方米，交通广场1.87万平方米。计征用土地172亩，另有施工临时用地58亩，概算投资2428万元。