衡阳火车站位于衡阳市湘江东岸，是办理客、货运业务的特等站。车站中心里程为京广线K1752+300，居原粤汉路中心，绾南北交通之枢纽，亦为湘桂线起点站。民国22～25年(1933～1936)兴筑株韶段时，为预留他日扩建，一切设备均按一等标准修建，是当时全国第一流车站。该站是办理客货运输和列车编组解体的综合车站，行车设备、客运设备、货运设备齐全。行车设备(线路)方面，1950年～1952年间，增铺到发线7条、编组线13条、牵出线3条，形成南北两个运转场，1952年全国第一个电气集中联锁设备在该站投入使用。

50年代末、60年代初，该站负责武昌、广州、柳州三个方向的列车编解作业，并将两个运转场进行改造扩建。1970年后，因运量猛增，衡阳站的编解能力日益紧张，再行扩建又受到地形限制，在准备恢复衡阳至广州的复线工程时，广州铁路局和铁四院于1975年3月至1976年6月完成《衡阳枢纽总布置图补充方案研究报告》，经铁道部批准在茶山坳新建三级三场编组站——衡阳北站，并改造衡阳车站。1989年11月衡阳北站编组场投产后，仅留北场为地区车常客运设备方面，开站时，有一般候车室958.6平方米，贵宾候车室101.3平方米。1958年运量增幅较大，对客运设备陆续进行扩建。1958年建成第二、第三候车室，面积均为609.5平方米。1965年后相继建起了旅客餐厅、行李房和第四候车室，面积达1733.3平方米。1987年南到发场改造为客站，编组场改造为客车整备场，扩建站台雨棚3060平方米。1991年底，客运房屋总面积为6672平方米;站台3座，计长1594延米;站台雨棚3座，计9761平方米;地道2座，计长93.28延米。

货运设备方面，共有3个货场：下河线货场，办理水陆联运和整车装卸作业;红旗线货场，办理市内到发的整车业务;零担货场，办理零担货物的到发和中转业务。3个货场共占地5.58万平方米，有货物装卸线11条，有效长计2058延米;一次堆货量6198吨，计158个货位。