Wybudowany w 19. wieku dworzec był zaprojektowany jako stacja czołowa; miał prostą, częściowo dwukondygnacyjną bryłę, rozbudowywaną i ujednolicaną w 20. wieku do formy trzykondygnacyjnej. Budynek był otoczony infrastrukturą magazynową i techniczną, a jego układ przestrzenny – z torami kończącymi się w centrum miasta – stanowił barierę urbanistyczną dzielącą tę część Łodzi.
Projekt nowego dworca powstał w 2012 roku. Jednym z założeń architektów było stworzenie projektu wspierającego transformację otoczenia. Decyzję o całkowitej przebudowie podjęto na początku 21. wieku; prace realizowano w latach 2011–2016. 19-wieczny budynek został całkowicie wyburzony – jego funkcje przejął nowy obiekt zaprojektowany jako podziemny węzeł multimodalny. Tory oraz perony przeniesiono kilka poziomów poniżej poziomu terenu. Część kolejowa znajduje się pod ziemią; nad nią zaprojektowano halę przykrytą przeszklonym dachem złożonym z paneli zapewniających dostęp światła dziennego. Architektura dworca nawiązuje do kontekstu historycznego poprzez wewnętrzne fasady wzorowane na elewacji XIX-wiecznego budynku.