Здание вокзала построено в 1844–1849 гг. по проекту архитектора К. А. Тона для Санкт-Петербурго-Московской железной дороги, движение по которой было открыто 1 ноября 1851 г. Первоначальное название — Петербургский вокзал.
Строительство комплекса полностью завершилось к 1853 г., он состоял из трёхэтажного главного корпуса, одноэтажного пакгауза и двухэтажного крыла с квартирами служащих.
В 1855 г. после восшествия на престол императора Александра II Санкт-Петербурго-Московская железная дорога стала именоваться Николаевской, соответственно, вокзал в Москве (и Санкт-Петербурге) назвали Николаевским.
В феврале 1923 г. приказом народного комиссара Феликса Дзержинского Николаевская дорога была переименована в Октябрьскую. Вокзал получил имя Октябрьский, но через год в связи с переименованием северной столицы вокзал стал называться Ленинградским.
Объект культурного наследия России федерального значения, рег. № 771410281510056 (ЕГРОКН).