曾经以建筑风格独特而闻名于世的现大连火车站始建于1935年，建筑面积30000平方米, 设计旅客日发送量为2000人，随着国家经济建设的不断发展、社会的不断进步和人民生活水平的不断提高，乘火车外出从事商务交往和旅游观光人数剧增。而半个多世纪以来，车站始终未进行改扩建，设备陈旧落后，年久失修。
2002年，国家铁道部、大连市政府和沈阳铁路局共同出资1.4亿元人民币，开始对大连站进行改造和扩建。
经过了站舍、站场、站线全面改造、扩建后，新站房于2003年8月1日正式启用。改建后的新站舍由南站房、高架候车室和北站房三部分组成，建筑面积30000平方米，站房面积24000平方米，可同时容纳6000名旅客。
扩建后的大连火车站，旅客流线为“上进下出”，即由南北站房进入高架候车室，由高架候车室至各站台乘车；出站旅客则经地下通道从南北出站口出站。改造后的新站舍候车室宽敞明亮，全新的服务设施，齐全的服务功能，旅客问询触摸屏、自动检票机、自动提款机等现代设备一应俱全。
新站舍增设了中央空调系统、火灾自动报警及消防联动、自动灭火及气体灭火系统。车站的自动化功能也跃上新档次，新增设两台服务器与43台计算机构成的网络系统；由4块大屏、45块单色屏组成的旅客引导系统；还有监控、广播系统和科学的照明系统。
车站主要服务设施：售票大厅、4个贵宾室、一个软席候车室、商务中心、高架候车室设有5个候车区；新安装的6个扶梯、6部无障碍下站电梯和6台客用电梯。
站内设有五个站台、九条股道、旅客和行包各有一个地下通道，旅客经由地下通道可以从南北两个出站口出站。车站担负着每昼夜接发图定30多对客车，到发旅客平均4万多人、高峰达8万多人的运输组织工作。
由国家铁道部和辽、吉、黑三省人民政府共同投资组建的哈大铁路客运专线有限责任公司即将注册成立，根据哈大客运专线规划设计，在既有南关岭站站北2.8公里处将设新大连火车站，现有火车站不会废弃，只是逐渐将功能转移到新站。
新火车站毗邻沈大高速公路、土羊高速公路，距离市中心和开发区约15公里，距离周水子国际机场约10公里。
根据初步规划，大连新火车站是哈大客运专线的终端点和重要节点之一，将建设高速车场和普速车场，其中高速车场设到发线8条，站台4座；普速车场设到发线4条，站台2座。
为保证客流快速集散，大连市还计划在这个地区规划地铁线和至旅顺、金州的轻轨，现有的快轨3号线也将引入大连新火车站。同时将规划地面配套公交系统，特别是大中运量轨道交通，以及建设相应的市政道路系统，从而在出行方式上实现“零距离换乘”。
大连新火车站的规划设计和哈大铁路客运专线同步进行，2008年上半年开工建设，预计2010年年底正式投入使用。
