原延安站建成于1992年，为了更好地满足老区人民对外开放的需要，加快推动延安经济社会发展延安火车站，充分展示革命圣地的崭新形象，陕西省人民政府和铁道部共同投资，实施延安车站改扩建工程并于2007年3月底竣工。改造后的站房， 整体风格现代而不失特色，凝重而不乏灵动，成为延安革命圣地的又一个标志性景观。新火车站由原4条到发线增加到9条，由一站台、一通道增加到三站台、三通道。车站采用目前我国铁路先进的设计和建筑标准，站房采用钢结构，地下一层，地上二层，建筑面积2．39万平方米，最高可容纳旅客3000人。站台无柱钢结构风雨棚4．17万平方米，采用最先进的予应力空间结构体系，虹吸式雨水排泄系统。车站运输组织系统科学先进，实现了生产调度、办公、管理手段的现代化熏客车上水系统在国内处于领先地位。

延安站的候车大厅在延安火车站改扩建中，融合了以人为本、环保节能的建设理念，车站大厅、进出站通道均设有残疾人电梯和户外超低温扶梯。采暖系统以低温地板辐射采暖为主，中央空调采暖为辅，可节省大量能源。