Общество Рязанско-Уральской железной дороги в царской России управляло крупнейшей частной дорогой, которая связала 12 густонаселенных губерний. Но выхода в Москву старая железная дорога на тот момент не имела. В связи с этим Правление железной дороги выступило перед правительством России с ходатайством дать разрешение на постройку ветви Павелец — Москва.
В мае 1897 года, было получено разрешение Николая II на постройку линии. Постройка новой ветки была завершена в сжатые сроки — на 8,5 месяцев ранее назначенного. Однако построенная железная дорога не имела вокзала в Москве.
Павелецкий вокзал был построен по строительным канонам того времени: здание симметричное с повышенным центром, высокие окна, широкий и удобный подъезд. По главному фасаду здания жд вокзала со стороны площади были расположены входы, вестибюль, багажное отделение вокзала, залы для публики и помещения, назначение которых требует близости к залам — билетные жд кассы Павелецкого вокзала, телеграф, аптека и буфет. В центре здания жд вокзала — высокий обширный операционный зал, отделявший помещения для пассажиров первого и второго классов от пассажиров третьего класса.
Здание Павелецкого вокзала было построено из кирпича на бутовом фундаменте в два этажа с третьим над средней купольной частью здания и с мансардами над боковыми выступающими частями. Длина Павелецкого железнодорожного вокзала составляла 83,7 м. Наружные стены имели толщину в 2,5 кирпича — запас прочности для невысокого здания изрядный. Наружная поверхность стен жд вокзала облицована специальным кирпичом, цоколь — тесаным камнем, вестибюль и карнизы в залах имели лепные украшения. Во всем чувствовалась основательность и солидность.
По фасаду Павелецкого вокзала со стороны железнодорожных путей были сосредоточены служебные помещения, место для жандармов, парадные царские комнаты и выходы на платформы. Для своего времени Павелецкий вокзал был достаточно удобен, рационально спланирован, имел оригинальную систему отопления и необыкновенно изящную башенку-амфору, игравшую роль флагштока.
Открытие Павелецкого вокзала прошло 1 сентября 1900 года. На железнодорожном вокзале было отслужено молебствие с водоосвящением. На торжествах присутствовали главный инженер строительства В.В. Тимофеев, начальники служб, станционный персонал и представители делового мира — будущие грузоотправители.
Старый Павелецкий вокзал органично вписался в облик городской площади. Поэтому когда в начале 80-х годов пришла пора генеральной реконструкции, требования к её проекту были весьма высоки: необходимо было обеспечить современные удобства пассажирам, и палаллельно решить непростую градостроительную задачу — сохранить облик московской площади, оставить узнаваемым её силуэт, отложившийся в памяти не одного поколения москвичей.
Новый жд вокзал превысил старый в шесть раз по объему и в четыре по пропускной способности, стал значительно удобнее и комфортнее. Теперь он в состоянии принять, обслужить и разместить в своих залах около 10 тыс. человек в час — это уровень весьма крупного транспортного комплекса европейского класса.
Со стороны Павелецкой площади здание московского вокзала смотрится одноэтажным. Однако на самом деле там разместилось три уровня пассажирских помещений, технический этаж и новейшие системы обслуживания.