北京站

规划

为迎接中华人民共和国建国十周年，中共中央在1958年决定在首都北京规划建设10个大型项目，为“北京十大建筑”，以展示国家焕然一新的面貌，北京火车站是为其中一项。1958年10月下旬，根据1950年代初的北京市政建设规划开始了新车站的设计安排，站场设计由铁道部第三设计院（今铁道第三勘察设计院集团有限公司）负责，站房大楼由著名建筑师杨廷宝、陈登鏊主持，国家建工部第一建筑设计院和南京工学院合作承担设计。车站设计进度迅速，同年12月上旬完成全部设计方案，12月10日中央批准设计方案。时任国务院总理周恩来也十分关心新北京站的设计建造工作，由站名的位置方向，到贵宾室的环境布置，均曾经过问。在审定设计方案时，周恩来提出在主楼两翼各增加一座角楼的建议也被采纳。

建设

1959年1月20日，新站建设工程正式动工。施工人员最多时达2万余人，工程投资5782万元人民币，苏联专家也给予了现场技术指导。在仅仅7个多月以后的1959年9月10日，工程竣工。新的北京站总占地面积达250000平方米，站舍大楼建筑面积46700平方米，广场面积40000平方米。
1959年9月13日到14日，北京站开通运营前夕，中国国家主席刘少奇、国务院总理周恩来、全国人大常委会委员长朱德曾先后到站视察。9月15日零时10分到2时20分，中共中央主席毛泽东在时任北京市市长彭真、铁道部部长吕正操、副部长武竟天等的陪同下视察了新北京站。毛泽东来到售票厅，走到一个售票窗口前并向售票员贾根柱询问了有关售票工作的情况，并向贾拿了一张由北京开往普兰店的129次列车加快票观看。随后，毛泽东应北京站工程总指挥长李岳林的请求，为北京站题写了‘北京站’三个字的站名。当时题字写了两个版本，而现在采用的版本是毛泽东亲自选定的。毛泽东视察北京站的两小时后，第一列旅客列车从北京站发出，标志着北京站正式投入使用。同时，原北京站（前门东火车站）关闭。1959年10月4日，当时中共中央书记处总书记邓小平视察新北京站。

建成初期

新北京站建成使用后，运输能力比以前的前门东火车站大大提高，开始担负越来越繁重的运输任务，并一直是北京市内最重要的铁路客运站，也是全中国客流量最大的车站。开行列车对数和客流量逐年增加，1959年开行列车33对；1966年开行列车40对；1978年开行列车61对；1985年开行列车78对；1993年已达到82对。运送旅客人数由1950年代末的每年600多万人、1960年代末的800多万人、1970年代末的1500万人，到改革开放后猛增到3000万人以上。为缓解北京站的运输压力，北京市政府和铁道部在1980年代末开始规划建设北京第二个铁路客运站，至1996年北京西站（西客站）建成，为北京站分担了京广线及同年9月1日新开的京九线等线路的运输压力，北京站的年客流量才回落至2000万人以下。

多次改建

1976年以来，北京站开始对客运服务设施进行现代化改造，相继建立电脑制票、电视监控、无线通信、自动广播等系统，并历次进行站台延长施工，站台有效长分别增至497米至603米，以适应列车编组扩大的需要。1988年，由上海电钟厂生产的中国第一块大屏幕显示系统安装在北京站广场。
1996年暑运期间，北京站更一度试行磁卡自动售票，但效果并不理想。
1998年5月至1999年9月，铁道部和北京市实施北京站抗震加固大修改造工程，实现“风格依旧、面貌一新、功能齐全、科技领先”的构想，引进使用中央空调系统、客运引导揭示系统、客运多功能广播系统等功能。2003年6月18日，北京站开始进行扩能技术改造，北京站新建了两个站台（七站台、八站台）、三股列车到发线、一个面积20,513平方米、专门存放行李包裹的大型行包库，并拆除原有混凝土雨棚，改建为中国第一个钢结构无站台柱大跨度连续拱式雨棚，同时改建原有1至6站台并抬高到1.2米，向西延长两条到发线，向南延长高架候车通廊等。2004年7月12日，北京站扩能改造主体工程通过了初步验收并交付使用。
2008年6月，为迎接北京奥运会的来临，北京火车站全面增加双语标志以方便外国游客出行，除了首次挂上英文站名“Beijing Railway Station”，同时在出站口、售票厅等引导标志牌也加上英文对照。2008年7月改建完成的北京南站成为京津城际铁路的始发站，继续分担了北京站始发城际列车的运输压力。
2005年12月，连接北京站和北京西站的北京地下直径线动工，2013年7月顺利贯通。开通运营后，北京站将由尽头式车站转成通过式车站，北京站与北京西站同时具备京哈、京广等多方向的干线旅客列车接发能力。
2012年，“北京站”被列为北京市东城区普查登记文物。

站房

北京站建成时是当时中国大陆规模最大、设备最先进的铁路车站，也是第一个现代化大型铁路客运站。站房大楼坐南朝北，东西长218米，南北宽88米，总建筑面积8万多平方米。
站房同时具有浓郁的中华民族传统风格和苏联的斯大林社会主义建筑风格。车站中央以高34米的双曲扁壳屋顶大厅和东西两座34米高的琉璃钟楼为主轴，并以女儿墙连接位于站房东西两侧的两座高34米的琉璃塔楼侧轴，体现其“首都大门”的建设意图。车站站房楼顶装设了两座大理石钟面的四面大钟，会在每天早上7点到晚上9点的正点时分敲响钟声并播放乐曲“东方红”，成为北京站的一大特色。

站场

北京站的站场位于站房南侧，南临北京明城墙遗址公园，设16条股道和8个站台。其中包括一座侧式站台和五座岛式站台，编号1-14。站台和站房间有两座天桥、两座地下通道和中央检票通廊连接。原先北京站的全部站台为港湾式站台，在建设北京地下直径线时曾考虑将所有站台改为通过式站台。但由于车站西侧为文保单位丁香小学教学楼，铁路部门经过与学校协商后决定仅将7-14站台（8-16道）接入直径线，1-6站台继续保留为港湾式站台。
北京站站台为全中国铁路系统内第一个设有无站台柱雨棚的车站，被当时的铁道部领导称为铁路跨越式发展的“开篇之作”。北京站的无站台柱雨棚覆盖面积81,887平方米，柱距大约33至34米，最高高度为13米。雨棚以横跨站场、长170米的桁架为基础，通过以悬挑部分、中间下挂部分、中间上部3种形式的檩条连接波浪形的钢板，达至站台视觉通透的效果，实现包括基本站台在内的所有站台无柱。
北京站为有需要的送站人士发放爱心卡。站台票于进站口处1至4号验证验票口出售，爱心卡上印有根据需要接送旅客的乘车信息而生成的二维码。

周边交通

北京站也是北京的一个交通枢纽，站前街有诸多公交车的经停站与起点站，另外，还有长途汽车开往北京周边地区；北京地铁2号线途经北京站。