임시정거장으로 초량역과 부산역 사이 선로의 연장선상에서 1908년 4월 1일에 보통역으로 업무가 시작되었다. 1908년 3월 공사비 97만 4천원을 들여서 부산역 본관과 부대설비 공사에 착수하여 1910년 10월에 준공하였다. 정거장 구내 면적은 8만 8,340㎡로 본관은 총 건평 1,183㎡이며, 건축면적 358평, 연면적 689평(2,238㎡), 건물 최고 높이가 22m로 벽돌조의 2층 건물이었다.
붉은 벽돌에 흰색 화강석을 섞어 전체의 구성은 르네상스 양식을 바탕으로 한 철충 양식으로 공사는 하야가와 하지매가 수행하였다. 그 후 1943년 12월 10일부산부두역으로 개칭하였으며 1945년 6월 10일부산역으로 개칭함에 동시에 화물구와 구내구(構內區)로 분리하였으나 같은 해 9월 1일 화물구와 구내구의 2개구를 통합하였다.
1953년 11월 27일부산역 대화재로 역사가 전소하여 중앙동에 임시가건물을 역사로 사용하다가 1965년 11월 1일부산진역과 통합하여 부산진역에서 영업을 하였다. 그 후 1968년 지금의 위치에 역사를 신축하여 1969년 6월 10일 역사를 준공하여 역무를 이전하였으며, 현재의 부산역사는 2004년 경부고속철도 개통에 맞추어 증·개축되었다.
1910년에 준공한 부산역은 1층에 각 대합실과 매표실, 전신실, 역원실, 화물취급실, 식당, 욕실, 화장실을 두었고, 2층 이상은 호텔로 사용하였는데, 이는 우리나라 최초의 호텔이라고 할 수 있다. 특히 승강장 상옥의 철골조는 한국철도의 효시이다.
2004년 경부고속철도 개통에 맞추어 증·개축되어 대지면적은 21만 1,536㎡, 건축면적 3만 8,946㎡, 연면적 6만 1,880㎡로 지상 5층, 지하 1층에 철골 및 철근 콘크리트 구조로 건축되었으며, 중앙집중식 냉난방 및 공조시설과 에스컬레이터 14대, 엘리베이터 12대가 설치되어 있다. 1만 6,457㎡의 선상주차장에는 승용차 기준으로 총 245대가 동시에 주차할 수 있으며, 역 광장 주차장에는 25면의 승용차를 주차할 수 있다.
일반열차와 KTX 열차를 이용할 수 있는 5개 승강장이 운영되고 있으며, 3층 맞이방에는 매표창구 및 현금자동발매기, 종합관광안내소, 유아방, 트레인 솦, 종합식당가, 편의점, 패스트 푸드점, 제과점 등 편의시설이 분포하고 있다. 1층 맞이방에는 각종 편의시설로 코레일 멤버십 회원을 위한 아늑한 휴식처 KTX 라운지, 빠른 배송을 하는 KTX 특송, 미용실, 편의점, 의류매장, 패스트푸드점, 서점 등이 입지하고 있다.
부산진역 다음에 입지한 경부선의 종착역으로 2018년 현재 수서발 부산행 KTX 열차 1일 운행회수는 상·하행선 각각 40회이다. 『철도통계연보』를 보면 2016년 현재 KTX의 경우 부산역 하행은 연간 승차 인원이 9,860명, 하차 인원이 9,288,700명으로 총 9,298,560명이다. 부산역 상행은 연간 승차 인원이 9,376,925명, 하차 인원이 9,658명으로 총 9,386,583명이다.