舊長沙站址位于市中心的小吳門至瀏城橋之間的狹長地段，建于宣統2年12月(1911年元月)，是一個辦理客、貨運業務的車站，抗日戰爭前為二等站。開站時僅有3股道(含正線)，至中華人民共和國成立時，近40年間，線路及客貨運設備無多大改善，客運候車室僅160平方米，只能容納100多名旅客候車。1950年起，對舊長沙車站逐年進行改建、擴建。增加股道、新建站屋、雨棚、天橋、延長站臺等。

至1965年，客運房屋擴建至5366平方米(其中為旅客服務的房屋4067平方米)，站臺雨棚兩座，2330平方米，行包房86平方米。長沙是京廣、浙贛、湘黔三大干線和醴茶、韶山兩條支線的旅客集散和中轉的交通樞紐。隨著國民經濟的發展，鐵路運輸客、貨流量日益增長，長沙站的設備能力遠不能滿足需要，又無法且不宜再在原地擴建，故國家計委批準在長沙外繞線上修建長沙新客站。新車站站屋由省建筑設計局于1974年4月開始進行方案設計。在國家建委、建委研究院、北京設計院、清華大學建筑系等幫助下，定為“鐘塔式”立面、并報準當時的鐵道部長萬里等領導和專家最后審定。車站站屋位于長沙市主要干道至五一路東頭頂端，坐東朝西，與岳麓山遙遙相對，同跨桔子州頭的湘江大橋成一直線。站屋主樓總面積18989平方米，站屋面寬15/米。進深96米，高18米;中部設燈塔，塔頂高51米，火炬頂端高63.5米，鐘塔上設四面可見的大鐘一架，每小時先奏《東方紅》樂曲，然后響鐘報時，夜深人靜時，5公里之內清晰可聞。主樓內設4個南北向的縱向通過式普通候車室，一樓兩側為慢車候車室，高13米，面積各為1620平方米;二樓兩側為快車候車室，高10米，面積各為1008平方米;有母嬰候車室2個，面積各為288平方米;二樓靠基本站臺設有貴賓候車室6個、總面積為456平方米;二樓中部兩側為軟席候車室，面積各為240平方米;前廳高15米，1350平方米;正廳高18米，1764平方米。

為旅客服務的附屬房屋還有售票廳(1566平方米)、行包房(5409平方米)、小件寄存、出口大廳等8080平方米。新客站站場由廣州鐵路勘測設計所設計，站場有到發線6條，存車線1條，南北客外線與京廣正線接通。有站臺3座、雨棚3座。地道5條。客站工程自1975年7月1日正式開工，1977年6月30日竣工，當日15時舉行通車典禮，18點零5分從新長沙站開出第一列旅客列車——長沙至北京的2次特快。長沙新客站占地12.16萬平方米，其中建筑物占2.73萬平方米，廣場3.57萬平方米，交通廣場1.87萬平方米。計征用土地172畝，另有施工臨時用地58畝，概算投資2428萬元。