1900년 7월 8일경부선의 경성역으로 영업을 개시한 후 1905년 3월 24일남대문역으로 개칭하였다가 1915년 10월 15일에 다시 경성역으로 환원하였다. 1925년 9월 30일에 서울역사가 준공되었는데, 도로면에서 볼 때 2층, 철로에서 볼 때 3층이다. 서울역사 역시 이 시기의 다른 역사들과 마찬가지로 철근 콘크리트로서 부분적으로는 화강석을 사용하였는데, 시공은 조선호텔을 지은 아오미 하지메가 맡았다.
역사 자체만 볼 때 연면적 6,836㎡(지하 2,747㎡, 1층 2,637㎡, 2층 1,452㎡)로 1914년 준공된 일본 도쿄역사의 4분의 1 규모이다. 초기 설계안은 과도한 예산이 문제가 되어 규모를 축소하였는데 준공과 동시에 협소함이 인식되어 장래 증축에 대한 고려가 필요하였다.
서울역사는 현재 남아 있는 일제강점기의 건축물 중 가장 뛰어난 외관을 갖고 있어 1981년 사적으로 지정되었다. 건물 표면에 붉은 색의 타일을 부착하고 흰색의 화강석 수평 띠선을 두르고 벽면 모서리에 귓돌(quoin)을 설치하여 변화를 유도하였다. 이러한 수법은 부산역사나 신의주역사 등 당시 서양의 고전적 양식을 채용한 역사에서 일반적으로 행해지던 의장수법이었다.
서울역사의 가장 커다란 특징은 역시 중앙의 돔이다. 비잔틴 건축양식에서 이용되는 펜던티브(pendentive)를 이용하여 사각형의 평면에 돔을 올려놓았는데 펜던티브에서 얻은 원형의 뼈대위에 돔을 올리지 않고 펜던티브와 돔을 결합시켜 돔의 높이를 낮춤으로써 시각적인 안정감을 주었다. 이는 전체적으로 르네상스 건축의 이미지를 보여주는 외관에 대해 매우 적절한 표현으로 여겨진다.
평면계획을 보면 중앙부에 큰 홀을 두고 그 앞쪽에 2층 높이의 큰 출입구를 외부로 돌출시켜 입구로 삼았으며, 홀 좌우에 2층 건물을 덧붙였다. 현관지붕은 볼트(vault)구조이며, 정면에 거대한 창을 내고 그 가운데 애디큘러(aedicula) 모양의 감실을 만들어 시계를 배치하였다.
서울역은 개장한 이래 108년의 긴 역사를 가진 철도의 관문이며 2004년 4월 1일 KTX 열차 개통과 함께 서울통합민자역사로 새롭게 단장을 하여 현재 경부고속철도, 경부선 일반(새마을, 무궁화), 경의선의 시종착역이다.
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.
서울역 민자역사는 우리나라에서 처음으로 1987년 8월에 착공하여 1989년에 준공하였는데, 그 이름은 한화역사(주)로 지하 2층, 지상 3층으로 역무시설 1,790평은 철도청에 무상으로 귀속되었다. 대지면적은 31,262.8㎡로 연면적은 25,129.63㎡인데, 이 가운데 역무시설은 5,916.5㎡이다.
1989년 3월 (주)한화유통이 서울민자역사를 건설하여 운영하였으나 고속철도 건설사업에 의한 서울역 개량사업과 기존시설의 개선을 위해 1999년 12월 31일철도청과 한화역사(주)가 서울통합역사개발사업 추진협약을 체결함으로써 2000년 5월부터 서울종합민자역사 사업이 추진하여 지하 2층, 지상 5층의 역사가 2004년에 준공되었다.
12개 승강장으로 구성되어 있는데, 1∼8번 승강장은 KTX, 새마을, 무궁화 열차의 출발장이고, 9∼12번 승강장은 KTX, 새마을, 무궁화 열차의 도착장이다. 그리고 12번 승강장은 경의선 열차, 경인고상장은 천안행 전동열차의 승강장이다.
서울역 역사는 2·3층은 맞이방, 4층은 이루어짐으로 구성되어 있는데, 2층 맞이방은 서울역 편의상 동부 맞이방과 서부 맞이방으로 나누어진다. 동부 맞이방은 13개의 매표소와 유실물 센터와 대우자동차 차량전시장과 종합관광안내소, 남녀화장실 한 곳, 여성전용화장실 한 곳, 철도공안사무소가 분포하고 있다.
서부 맞이방에는 7개의 매표소와 철도회원 가입창구, 우리은행 출장 환전소, KTX 패밀리 라운지와 TMO, 남녀화장실 한 곳이 있다. 이밖에도 2층 맞이방에는 유아놀이방과 패스트푸드점, 식당 등이 있다. 3층 맞이방은 4개의 매표소와 오픈 콘서트홀, 남녀화장실 1곳이 있으며 패스트푸드점과 푸드 코너의 식당 등이 있다. 그리고 4층은 대회의실, 별실 등의 회의실로 구성되어 있다.
서울민자역사는 운수·판매의 복합용도로 사용되는데, 운수시설이 5,094.97㎡로 대합실, 역무실(지상 1층, 중 2층, 2층)로 구성되어 있고, 판매시설로는 18,194.86㎡로 3층의 백화점이 분포하고 있다. 그리고 옥외주차장 4,369.68㎡, 옥내주차장 133.25㎡의 주차시설과 기계·기타 시설로 구성되어 있다.
서울종합민자역사는 지하 2층, 지상 5층으로 연면적은 95,171.99㎡로 69,102.86㎡가 신설되었다. 역무시설은 15,992.37㎡로 대합실과 역무실이, 판매시설은 32,431.01㎡, 주차시설은 20,679.48㎡로 구성되어 있다.
경부선의 출발역으로 다음역이 남영역이며, 경의선의 기점으로 다음역이 신촌역이다. 2008년 현재 KTX 열차 1일 운행회수가 상·하행선 각각 75회이고, 일반여객 승강객수는 30,297,703명으로, 이 가운데 승차인원은 약 48%이고 강차인원은 약 52%로 강차인원이 조금 높다. 열차별 승강객수를 보면 KTX 열차가 약 66%를 차지하여 가장 많고, 그 다음은 무궁화 열차(약 15%), 통근열차(약 14%), 새마을 열차(약 5%)의 순이다.
2008년 서울역의 수도권 전철의 승강객수를 보면 승차인원이 60,003,260명이고, 강차인원은 61,083,588명으로 강차인원이 더 많다. 2008년 화물수송량은 도착화물이 11,857톤이다.