С началом индустриализации Челябинск бурно рос, и старый вокзал уже не справлялся с потоком пассажиров. Городу требовалось здание, соответствующее статусу промышленного гиганта и центра новой области. Первые проекты появились еще в 1930-х, однако на тот момент власти ограничились лишь расширением старого здания. К постройке нового вокзала приступили только после войны. Проект поручили институту «Киевгипротранс». Архитекторы Л. М. Чуприн, В. Грищенко и С. Крушинская предложили решение в виде «конструктора» из нескольких блоков разного назначения.

Центральный элемент — главный корпус с тремя полусферическими куполами-оболочками пролетом 24 на 24 метра: подобная конструкция использована на Финляндском вокзале в Санкт-Петербурге. Рядом поднялся девятиэтажный вертикальный объем с комнатами отдыха и кафе на верхнем уровне. Новинкой на тот момент стали так называемые конкорсы — залы ожидания, размещенный прямо над путями, с выходами на платформы.

Функционализм чувствуется во многих элементах здания: будь то огромные остекленные поверхности, геометричная четкость форм или использование типовых блоков.

Железнодорожный вокзал 1967г. открытка из фонда ОГАЧО

Символично, что композиция комплекса — высотная башня и примыкающие объемы — перекликается с нереализованным проектом челябинского вокзала 1930-х г. Тогда идею отложили, но спустя три десятилетия к ней вернулись.

При строительстве архитекторы думали не только о здании как таковом, но и проектировали «сценарии пользования». Вместе с Челябинским Горпроектом разработали комплекс Привокзальной площади: здесь же расположили автовокзал, остановки трамваев и автобусов. Внутри разместили камеры хранения, аппараты для размена денег, справочные телефоны-автоматы — все это подчеркивало статус города как современного индустриального центра.

Для строительства расчистили площадку: снесли остатки частного сектора Никольского поселка. К 1966 г. добавилось отдельное здание пригородных касс.

В 1999–2005 г. вокзал реконструировала сербская фирма Neimar Engineering. Здание получило каменную облицовку, новые стеклопакеты с золотистым тонированием, усилили несущие конструкции. Образ немного изменился — ушел «советский модернизм» в чистом виде, но здание сохранило масштаб и выразительность. Позже, в 2007 г., построили новый пригородный павильон вместо старого, на территории появилась часовня.

Среди достопримечательных достоинств вокзала не только архитектурные формы, но и то, что скрыто внутри.

Самыми заметными являются «витрины города», которые встречают гостей, спускающихся с главной лестницы: три гигантских витража из разноцветного стекла. На них ленинградские художники А. Королев и В. Буканов изобразили аллегорические фигуры жителей Челябинска, сцены из истории города и его уклада — настоящий шедевр монументального искусства. К сожалению, из-за тонированных внешних стеклопакетов витражи немного потеряли свою эффектность. Кроме того, в залах установлена реплика знаменитой скульптуры «Россия» каслинского чугунного павильона, златоустовские гравюры на железнодорожную тему и зимний сад с коллекцией образцов гранита.

А в 2020-е г. добавился совсем неожиданный экспонат: полноразмерная модель синташтинской колесницы, одной из древнейших в мире. Ее нашли в археологических раскопках на Южном Урале — и теперь древняя история миграций встречается здесь с атмосферой железных дорог.