贵阳站站址前身为“飞机坝”，该地名得名于1938年完工、但次年就因规模过小而被废弃的玉田坝机场[3] 。1959年1月7日：伴随黔桂线开通，贵阳站建成启用。站房由倪嘉生设计，为仿苏式建筑的三层楼房[4][5] 。站房正面中间为进站大厅，设有三个拱形的大玻璃窗；二楼两边分别是长途短途候车室，里面还有一个贵宾室，三楼为软席候车室[6] 。川黔线于1965年7月8日接轨，10月1日正式交付运营。建设中的原滇黔线和内昆线的贵阳-树舍-昆明段于1962年合并为贵昆铁路。贵昆铁路全线于1966年3月建成[7] ，7月1日开通，1970年12月正式交付运营[8] 。1972年10月13日 湘黔铁路建成通车。同年10月1日开办贵阳至凯里间的旅客列车。1973年1月31日，开办贵阳至玉屏间临时旅客列车[9] 。湘黔铁路全线于1975年1月全线正式运营[10] 。上世纪70、80年代，贵阳站内设立外贸商场一座，为当时贵阳市区除华侨友谊公司外唯一能购买进口商品的地方[4] 。1990年代末 ：贵阳站站房拆卸重建。贵阳火车站于2009年进行站场扩建，站场规模由原先的3台7线增加至4台10线[4] 。2013年开始，贵阳站再次进行改造[11] 。此次改造对既有站房进行了内部装修，新增扩展建筑面积1.3万平方米，使得候车室由原来的4个增为5个；同时扩建站场并新建无站台柱雨棚，使得站台由4个增为6个。改造工程于2014年1月16日完工。

贵阳站站房建于1990年代末，并于2013年进行了改造。站房建筑面积33,853平方米，以“雄鹰展翅”和“帆船”为设计意向[4] 。站房内设有5个候车室，候车室总面积6000平方米[12] 。

贵阳站设有10条股道、6座站台，与站房通过一座进站天桥、两条出站地道、一条邮政通道和一条行包通道连接[4] 。站场上方设有无站台柱雨棚覆盖[12] 。其中2-3站台为低站台，供双层低开门列车和需要吸污作业的列车使用。