1900년 7월 8일 경인선의 보통역으로 7.5평의 목조건물로 축조되었으나 1904년 러일전쟁을 계기로 1906년 11월 1일 경의선의 시발역으로 목조 2층(일부 3층)의 서양식 건축으로 준공되었다. 연면적은 1,587㎡(480평)로 1925년 경성역사가 준공되기까지 서울시에서 가장 규모가 큰 역사였다.
용산역사는 1910년 12월 한국철도 역사로는 처음으로 철도를 횡단하는 육교가 설치되었다. 1932년 새로운 역사를 준공하였으며, 1968년 8월 9일 경원선 서울~용산간 복선 준공 및 고가 입체교를 개통하였다. 그 후 1978년 12월 30일 전철역사를 준공하였다.
1984년 4월 10일 「국유자산의 활용에 관한 법률」이 제정·공포되면서 철도부대사업이 추진되었는데, 이 가운데 민자역사 건설사업은 급속한 경제발전과 도시팽창에 따라 역 주변 개발의 필요성이 제기되면서 노후 협소한 역무시설을 현대화하고 양질의 서비스 제공을 위한 편의시설 확충이 필요하게 됨에 따라 적극적으로 추진하게 되었다.
그 결과 용산민자역사는 1999년 현대역사(주)를 설립하고 2000년 9월에 착공하여 2003년 10월에 완공하였는데, 지하 3층, 지상 9층의 연면적 269,794.8㎡로 운수, 판매, 영업, 문화, 집회시설 등의 복합용도로 사용되고 있다. 이 가운데 역무시설은 27,479.1㎡로 대합실과 역무실로 철도청(지금의 한국철도공사)에 무상 귀속되었다.
용산역사는 대합실과 역무실이 운수시설이 27,528㎡, 건설사업소와 용산 TMO의 공공시설 7,039.0㎡, 전자전문점, 의류판매점, 할인점 등의 판매·영업시설이 139,932.0㎡, 영화관 등의 문화·집회시설이 11,523.0㎡, 업무시설이 236.0㎡, 기타 전기, 기계실 등이 14,716.0㎡, 주차시설이 69,296.0㎡로 구성되어 있다.
남영역과 노량진역 사이에 입지한 기차역으로 KTX 열차 호남고속철도의 1일 운행회수가 상·하행선 각각 19회이다. 2008년 일반여객 승강객수는 8,059,057명으로, 이 가운데 승차인원은 약 48%, 강차인원은 약 51%로 조금 높다. 열차별 승강객수를 보면 KTX 열차가 약 54%를 차지하여 가장 많고, 그 다음은 무궁화 열차(35%), 새마을 열차(약 11%)의 순이다.
2008년 용산역의 수도권 전철 승강객수는 26,548,586명으로 승차인원이 48.9%, 강차인원은 51.1%를 차지하여 강차인원이 더 많다. 한편 2008년 화물수송량은 266,925톤으로 이 중 발송량이 47,448톤, 도착량은 243,999톤으로 도착량이 훨씬 더 많다.