2014年7月，开始扩建，整改扩建工期五年。

2016年7月30日，西安站扩建工程全面启动。扩建工程总投资80多亿元，计划工期5年。11月初，西安火车站第一候车室和第三候车室改造后投入使用。

2020年6月20日，西安站南站房门厅“修旧如旧”改造及站前广场改造完成。

2020年12月3日下午14点左右，随着最后一方混凝土浇筑完成，由中国中铁建工集团承建的西安火车站高架候车厅浇筑全面完成。

2021年4月26日，西安站北侧站房高架候车室和北车场正式建成投用。随着北侧站房高架候车室和北车场将投入使用，随后，西安站1、2、3、4、5站台将同步实施封闭改造。5月31日，西安站北站房、丹凤门广场及自强东路下穿隧道全面建成投用；同日，丹凤门广场地下交通枢纽部分开放。9月1日，西安站南站房、南侧高架候车室正式投用，标志着南北站房全面贯通。12月31日，西安火车站改扩建工程全面竣工投用。

2023年10月11日7时47分，G654次高铁缓缓从城墙下的西安站驶出，一路向北开往北京，标志着西安站首趟进京高铁正式开行。从而为旅客节省了去往西安北站乘坐高铁的接驳时间，也方便了旅客在西安站进行普速、高铁的换乘，为旅客提供了更多的出行选择。

2024年2月3日起，西安站将首次开行经西成高铁到汉中的动车组列车，旅客出行将更加便捷。同时，西成高铁线路接入西安站，不仅为西安城区旅客节省了去往西安北站乘坐高铁的接驳时间，更极大地方便了汉中旅客在西安站进行动车、动集动车组列车以及普速列车的换乘，让旅客接驳出行更加便利。

2024年6月15日，西安到定边直达“复兴号”动车组列车成功首开。

西安站建筑的主要特点为站房主楼造型与古城风貌及规划中的周围景物协调一致，这是西安站建筑的主要特点。车站的立面设计是矩形对称式仿唐建筑，屋门廊和站前连廊的屋顶是具有唐代建筑特色的琉璃瓦，檐口下饰有深米黄色斗拱和人字拱，配合大面积乳黄色釉面砖外墙贴面，贯通一、二层的高大银白色铝合金门窗，镶以淡蓝色的吸热玻璃。车站展示着古城文化内涵和魅力。

截至2018年2月，西安站建筑面积为32982平方米，有效候车面积为7000平方米。车站的站前广场，南北150米，东西410米，最大集散人数7000人。

2021年12月31日，西安火车站改扩建工程全面竣工投用。改造后的西安火车站总建筑面积为28.2万平方米，其中站房建筑面积12.7万平方米（含候车面积2.23万平方米），高峰时可同时容纳12000人。

截至2018年2月，西安站主楼中心是高达20米的进站大厅，东西两翼为候车室，靠近站台一侧设有老弱、团体、软席和贵宾候车室。大厅正中有两台自动扶梯和一个宽阔的步行楼梯与二楼相通。楼内共有4个大型普通候车室，每个候车室可同时容纳1400名旅客。底层旅客可以直接进入第一站台，楼上旅客通过天桥进入站台。候车大厅内设有东西两个分配厅和普通、母婴、软席等12个候车室，可同时容纳7000人候车休息。车站售票厅设在候车楼的东侧，开设有60个售票窗口。

截至2021年12月，西安站站台线路规模为9台18线，主要办理陇海铁路、包西铁路、宁西铁路、侯西铁路、西平铁路普速及区域内中短途动车始发终到作业，承担陇海线以及与宁西、西康、包西、侯西铁路等普速通过作业，以及徐兰高速铁路至武西高速铁路、西渝高速铁路的动车通过作业。

南进站流线：旅客通过南站房实名制验证、安检查危环节后，由南站房中厅两侧扶梯处进入高架候车室；残疾人、重点旅客由一楼进站厅无障碍直梯进入高架候车室。

北进站流线：旅客通过北站房实名制验证、安检查危环节后，由北站房中厅的六部扶梯进入高架候车室；残疾人、重点旅客由一楼进站厅西侧无障碍直梯进入高架候车室。

出站流线：出站旅客经各站台东、西出站通道下行至出站层，由出站口1、2出站进入市政通廊，自南、北广场出站。

截至2018年2月，西安站设有自助售取票机，机器主要位于安检大厅外和售票厅外。

西安站的旅客服务中心位于火车东广场，服务中心24小时受理旅客的投诉，同时免费提供公交大巴旅游路线图。

截至2012年1月，西安站可以办理临时身份证明，办理地点共有两个，一个在火车站东售票厅内，一个在火车站东广场。

截至2018年2月，西安火车站日均办理各类旅客列车约250列，日均发送旅客约7万人次。

2018年2月17日，西安站全天预计发送旅客约35000人次。

2023年春运，西安站发送旅客201.8万人次。

2024年春运，西安站发送旅客343万人次，到达旅客315万人次，日均到、发约16.5万人次。4月4日发送12.2万人次。5月1日发送17.5万人次。

2024年7月1日至8月31日，2024年铁路暑期运输工作已结束，为期62天。西安站累计发送旅客 1714.2万人，日均发送27.6万人，较2023年同期增幅6.0%。其中，西安车站发送旅客580.3万人，日均9.3万人，较2023年同期增幅6.6%；西安北站发送旅客1133.9万人，日均18.3万人，较2023年同期增幅5.7%。

截至2022年10月，地铁西安站位于铁路西安站下方，旅客可经地铁西安站换乘西安地铁4号线。

西安市汽车站位于西安站南广场南侧，站内开行通达省内和省际部分城市的线路。

省内班次：咸阳、铜川、宝鸡、商州、洛南、山阳、商南、丹凤、大荔、旬邑、凤翔、眉县、陇县、千阳、双龙、惠家河、土基、黄龙、白水、官底、孝义、蔡邓、高阳、合阳、平路庙、大孔、雷村、孟庄、东陈电厂、蒲城。

省际班次：长垣、平顶山、林县、郑州、唐河、新蔡、西峡、洛阳、内乡、济源、邓州、浙川、栾川、三门峡、南阳、绵阳、遂宁、内江、广元、泸州、成都、宁县、崇信、清水、舟曲、孟坝、文县、泾川、周家、秦安、西和、庆城、合水、早胜、环县、华亭、静宁、镇原、华池、兰州、庄浪、平凉、西峰、正宁、天水、太原，孝义，翼城，隰县、晋城、长治、运城、侯马、薛家湾、乌兰镇、鄂托前旗、五原、乌海、乌审旗、东胜、老河口、广水、谷城、神农架、竹溪、利川、汉川、竹山、荆州（沙市）、宜昌、荆门、郧县、武当山、郧西、襄阳、十堰、盐池、银川、彭阳、海源、惠安堡、西吉、泾源、隆德、石嘴山、固原、银川、垫江、丰都、忠县、万州、城口、巫溪、永川、合川、云阳、开县、奉节、重庆、淄博、日照、青岛、如皋、苏州、淮安、赤水、贵阳、毕节、大理、镇雄、大连、张家界、深圳、南昌、西宁、厦门、天长、上海。

去往西安咸阳国际机场的旅客，可以在火车站对面的陕西省西安汽车站乘坐机场大巴。机场大巴的售票窗口设在陕西省西安汽车站11号窗口，机场大巴的票价为25元，双向对开。

西安火车站改扩建工程配套设施建设项目总建筑面积约8.07万平方米，其中地上建筑面积约为5.2万平方米，地下建筑面积约为2.87万平方米。包括地上、地下配套服务设施及地下停车场等。项目计划于2021年4月全面建成，配合西安站北站房同步建成投用。预计2023年改造完成南站房。

扩建后的西安站将是一个拥有南北双广场、双站房、双地铁、多通道的车站，改建的主要内容包括：新建火车站北广场、北候车大厅、北站房、高架候车室；由5站台9股道扩建到9站台18股道；扩建出站地下通道，延伸到新建的西安火车站北广场，还在车站的东侧再新建一条出站地下通道，贯穿车站的南北广场；和大明宫丹凤门通过候车广场衔接在一起，使西安火车站形成南北双广场、双站房、双通道格局；将和正在建设的西安地铁4号线接驳，方便旅客出行。

扩建完成后，西安站将与已建成的西安北站、西安西站，以及规划中的西安东站、引镇站，形成“四主一辅”的西安铁路客运系统格局。

2021年，西安站改扩建工程南车场建设进入攻坚冲刺阶段。5月31日，西安火车站北站房建成投用。站房建筑高度24米，主体分为地下三层，地上两层。以“大唐盛世 古韵长安”为设计理念，以中国传统建筑的木构元素为主线，为旅客带来“古而新，中而新”的感官体验。此外，北广场出站中庭安装了玻璃顶棚，从北侧出站的旅客可通过玻璃幕墙看到丹凤门遗址风貌。9月1日，经过全新改造的西安火车站南站房和新建成的南侧高架候车室正式投用，形成了西安火车站“南北贯通”新格局。

2021年12月31日西安火车站改扩建工程全面建成投用后，1A、2A、1B、2B、3B检票口同步开通。首次实现旅客自南北站房进站、出站，真正实现南北两站房双进双出的格局。

对于西安人而言，西安站不仅是古城的窗口，更多时候也是精神地标。无论早晚，无论出行还是归来，只要在西安站看见“西安”那两个大字，心便安然。除了西安人，中外游客对这座城市的第一印象，也是从西安站开始。城墙根下的车站日复一日、年复一年地屹立，迎来送往，早已与这座国际化大都市融为一体，在平稳和沧桑中见证了千年古都的变迁与蓬勃发展。（西安发布 评）