Początkowo perony dworcowe mieściły się w wykopie.
W 1952, w ramach porządkowania rejonu Pałacu Kultury i Nauki, obiekt przeniesiono na zachód, w miejsce obecnego Dworca Centralnego, gdzie wybudowano kolejny prowizoryczny dworzec. Składał się on z dwóch drewnianych pawilonów. Teren pierwszego dworca przykryto płytą betonową, na której urządzono zieleńce. Przeniesienie dworca na zachód umożliwiło przystąpienie do budowy trzeciego – już stałego – dworca pod płytą przykrywającą wykop linii średnicowej.
W 1955 ukończono budowę dwóch pawilonów wejściowych do nowego stałego dworca według projektu architektów Arseniusza Romanowicza i Piotra Szymaniaka. Wybudowano także część podziemną w stanie surowym, opartą na murach podziemnej części dworca Warszawa Główna. Pawilony umieszczono symetrycznie względem osi Pałacu Kultury i Nauki.
Prace w podziemnej części dworca wznowiono po 1960 i zakończono w 1963 roku. Nowoczesny projekt wnętrz wykonali artyści z Akademii Sztuk Pięknych w Warszawie: Wojciech Fangor, Jerzy Sołtan, Zbigniew Ihnatowicz, Wiktor Gessler, Adolf Szczepiński, Bogusław Smyrski i Lech Tomaszewski.