鐵路上海南站位于上海市徐匯區(qū)西南部，主站屋和車站南北廣場(chǎng)占地60公頃，南站主站屋設(shè)計(jì)為巨大圓形鋼結(jié)構(gòu)，高47米，圓頂直徑200多米，總面積5萬(wàn)多平方米建筑整體結(jié)構(gòu)，氣勢(shì)磅礴。南來(lái)北往的火車可從主體建筑的架空部分穿行而過(guò)，主站屋為南北貫通、高進(jìn)低出、高架候車。大致分為三層：中層與地面同高，為站臺(tái)層，設(shè)有13條鐵軌和6個(gè)上下客站臺(tái)，另有通道與南北廣場(chǎng)相連，還設(shè)有貴賓候車室、車站公安派出所等；上層為出發(fā)層，設(shè)有周長(zhǎng)為800米的高架環(huán)形出發(fā)平臺(tái)、可同時(shí)容納一萬(wàn)余人候車的大空間候車區(qū)、檢票通道等；下層為到達(dá)層，設(shè)有旅客出站地道、南北地下?lián)Q乘大廳、地鐵一號(hào)線、三號(hào)線、即將建設(shè)的輕軌L1線、部分長(zhǎng)途客運(yùn)和旅游專線等，面積相當(dāng)于40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小的地下空間，縱橫交錯(cuò)，四通八達(dá)，旅客可隨意實(shí)現(xiàn)多種交通工具的“零換乘”。南站南北廣場(chǎng)平面設(shè)計(jì)為園林綠地和旅游集散地，南北廣場(chǎng)地下設(shè)計(jì)二層商鋪、道路和仃車場(chǎng)，總建筑面積為12萬(wàn)平方米。

　　上海鐵路南站共安裝各類機(jī)電設(shè)備3330臺(tái)，鋪設(shè)電纜370公里，各類管線295公里，燈光30000套（組）。上海鐵路南站屋頂是世界上最大的圓形透光屋頂。采光頂猶如一頂“無(wú)柄”巨傘。這頂直徑278米的巨傘，撐開(kāi)的傘面有6萬(wàn)平方米，由八千多噸鋼、十四萬(wàn)件約五萬(wàn)多平方米的陽(yáng)光板組成，全靠傘邊緣54根永久鋼柱支撐。采光頂透光材料類似“三明治”結(jié)構(gòu)，最上層是減少?gòu)?qiáng)光照射的鋁合金遮陽(yáng)板，中間一層關(guān)鍵材料是通用電氣塑料集團(tuán)的力顯聚碳酸酯板材，這兩種材料既保證透光率65％，又構(gòu)成阻擋紫外線的聯(lián)合防線。如果有效擋住了紫外線，陽(yáng)光中70％的熱能就無(wú)法滲入。這些透光性好的新板材，不僅可使夏季屋內(nèi)降溫和照明費(fèi)用減少40％，獨(dú)特的涂層技術(shù)還使屋頂具有遇水自動(dòng)清潔功能。無(wú)需時(shí)時(shí)派人爬上屋頂清洗。

　　上海作為我國(guó)最大的經(jīng)濟(jì)中心城市和具有國(guó)際影響的特大城市，僅有上海、上海西主輔兩處客運(yùn)站是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為此，鐵道部、上海市領(lǐng)導(dǎo)高度重視，早在上海明珠線（地鐵3號(hào)線）建設(shè)時(shí)，就做出建設(shè)鐵路上海南站的決策（當(dāng)時(shí)叫上海第二客站），并要求把上海南站建設(shè)成為“廿一世紀(jì)上海標(biāo)志性建筑”。

　　1996年11月，上海市人民政府、鐵道部共同下達(dá)了《關(guān)于上海市地鐵3號(hào)線建設(shè)項(xiàng)目會(huì)議紀(jì)要》，提出鐵路上海南站的規(guī)劃建設(shè)要按“統(tǒng)一規(guī)劃、一次動(dòng)遷、同步實(shí)施、逐步完善”的原則。《會(huì)議紀(jì)要》決定，鐵路以內(nèi)環(huán)線置換上海市400多畝土地，用于建設(shè)鐵路上海南站。

　　經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，上海南站交通樞紐總投資33.8億元，其中包括鐵路站屋及行車工程、廣場(chǎng)及市政配套工程、郵政專運(yùn)站工程。與此同時(shí)，上海市還投資近20億，配合主體工程進(jìn)行軌道交通一號(hào)線、三號(hào)線上海南站站改建和新建一批配套工程。鐵道部也投入相應(yīng)資金，對(duì)線路電氣化等設(shè)備進(jìn)行改造。

　　鐵路上海南站站屋工程由法國(guó)AREP公司和華東建筑設(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)，上海建工（集團(tuán)）總公司總承包施工。行車工程由鐵道第四設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，中鐵二十四局總承包施工。

　　2002年4月9日，鐵路上海南站工程建設(shè)指揮部、上海南站廣場(chǎng)投資有限公司揭牌，時(shí)任上海市市長(zhǎng)陳良宇、鐵道部副部長(zhǎng)蔡慶華出席揭牌儀式并講話。

　　2002年7月28日，鐵路上海南站與地鐵一號(hào)線上海南站相關(guān)工程同時(shí)開(kāi)工。2003年12月23日，國(guó)家發(fā)改委正式批復(fù)上海南站開(kāi)工。

　　2006年6月19日，由上海市、鐵道部組成的工程初驗(yàn)委員會(huì)，對(duì)鐵路上海南站工程進(jìn)行驗(yàn)收并一次通過(guò)。6月25日上午8時(shí)15分，首趟N521次列車從上海南站開(kāi)出，直駛“天堂”杭州，這標(biāo)志著上海南站開(kāi)始試運(yùn)營(yíng)。7月1日，上海南站正式開(kāi)站運(yùn)營(yíng)，首開(kāi)旅客列車32對(duì)。

　　鐵路上海南站不僅是上海中心城市的南大門，也是聯(lián)系長(zhǎng)江、珠江三角洲及我國(guó)南方其他城市包括港澳地區(qū)的重要交通樞紐。上海南站投入使用后，旅客年發(fā)送量為一千二百七十萬(wàn)人次，最終將達(dá)一千五百萬(wàn)人次。