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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。
1996年8月23日，车站售票开始实行微机售票，实现了车站售票工作的历史性改革。
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。
建筑设计
西安站建筑的主要特点为站房主楼造型与古城风貌及规划中的周围景物协调一致，这是西安站建筑的主要特点。车站的立面设计是矩形对称式仿唐建筑，屋门廊和站前连廊的屋顶是具有唐代建筑特色的琉璃瓦，檐口下饰有深米黄色斗拱和人字拱，配合大面积乳黄色釉面砖外墙贴面，贯通一、二层的高大银白色铝合金门窗，镶以淡蓝色的吸热玻璃。车站展示着古城文化内涵和魅力。
截至2018年2月，西安站建筑面积为32982平方米，有效候车面积为7000平方米。车站的站前广场，南北150米，东西410米，最大集散人数7000人。
整体布局
截至2018年2月，西安站主楼中心是高达20米的进站大厅，东西两翼为候车室，靠近站台一侧设有老弱、团体、软席和贵宾候车室。大厅正中有两台自动扶梯和一个宽阔的步行楼梯与二楼相通。楼内共有4个大型普通候车室，每个候车室可同时容纳1400名旅客。底层旅客可以直接进入第一站台，楼上旅客通过天桥进入站台。候车大厅内设有东西两个分配厅和普通、母婴、软席等12个候车室，可同时容纳7000人候车休息。车站售票厅设在候车楼的东侧，开设有60个售票窗口。
截至2014年12月，西安站站台线路规模为5台9线，途经西安站的线路有陇海铁路、西康铁路、宁西铁路、侯西铁路、包西铁路等。
自助购票
截至2018年2月，西安站设有自助售取票机，机器主要位于安检大厅外和售票厅外。其中，安检大厅外的自助售取票机往往排队人数较多，售票厅外的自助售取票机使用人数较少。
服务中心
西安站的旅客服务中心位于火车东广场，服务中心24小时受理旅客的投诉，同时免费提供公交大巴旅游路线图。
公安制证
截至2012年1月，西安站可以办理临时身份证明，办理地点共有两个，一个在火车站东售票厅内，一个在火车站东广场。
客运流量
截至2018年2月，西安火车站日均办理各类旅客列车约250列，日均发送旅客约7万人次。
2018年2月17日，西安站全天预计发送旅客大约35000人次。
公交线路
西安站站前和站东西有诸多公交车的经停站与起点站。
站点线路
火车站（站前）5路、9路、13路、14路、25路、30路、40路、41路、42路、602路、603路、607路、611路、103路、105路、500路、201路、231路、240路、243路、251路、258路、511路、703路、914路、915路、游5、游6、游7、游8
火车站东16路、28路、20路、20路区间、46路、104路、213路、228路、309路、517路、176路、703路、286路、287路、719路、903路、912路、游8、游10
火车站西6路、39路、205路、206路、229路、266路、608路、214路、616路
轨道交通
途经西安站的轨道交通线路有西安地铁1号线的五路口站和西安地铁4号线的西安站站。其中，1号线于2013年9月建成通车，4号线预计于2018年底建成通车。
长途汽车
西安市汽车站位于西安站南广场南侧，站内开行通达省内和省际部分城市的线路。
主营线路
省内班次：咸阳、铜川、宝鸡、商州、洛南、山阳、商南、丹凤、大荔、旬邑、凤翔、眉县、陇县、千阳、双龙、惠家河、土基、黄龙、白水、官底、孝义、蔡邓、高阳、合阳、平路庙、大孔、雷村、孟庄、东陈电厂、蒲城。
省际班次：长垣、平顶山、林县、郑州、唐河、新蔡、西峡、洛阳、内乡、济源、邓州、浙川、栾川、三门峡、南阳、绵阳、遂宁、内江、广元、泸州、成都、宁县、崇信、清水、舟曲、孟坝、文县、泾川、周家、秦安、西和、庆城、合水、早胜、环县、华亭、静宁、镇原、华池、兰州、庄浪、平凉、西峰、正宁、天水、太原，孝义，翼城，隰县、晋城、长治、运城、侯马、薛家湾、乌兰镇、鄂托前旗、五原、乌海、乌审旗、东胜、老河口、广水、谷城、神农架、竹溪、利川、汉川、竹山、荆州（沙市）、宜昌、荆门、郧县、武当山、郧西、襄阳、十堰、盐池、银川、彭阳、海源、惠安堡、西吉、泾源、隆德、石嘴山、固原、银川、垫江、丰都、忠县、万州、城口、巫溪、永川、合川、云阳、开县、奉节、重庆、淄博、日照、青岛、如皋、苏州、淮安、赤水、贵阳、毕节、大理、镇雄、大连、张家界、深圳、南昌、西宁、厦门、天长、上海。
机场大巴
去往西安咸阳国际机场的旅客，可以在火车站对面的陕西省西安汽车站乘坐机场大巴。机场大巴的售票窗口设在陕西省西安汽车站11号窗口，机场大巴的票价为25元，双向对开。
