鐵路上海南站位于上海市徐匯區西南部，主站屋和車(chē)站南北廣場(chǎng)占地60公頃，南站主站屋設計為巨大圓形鋼結構，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構，氣勢磅礴。南來(lái)北往的火車(chē)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(chē)。大致分為三層：中層與地面同高，為站臺層，設有13條鐵軌和6個(gè)上下客站臺，另有通道與南北廣場(chǎng)相連，還設有貴賓候車(chē)室、車(chē)站公安派出所等；上層為出發(fā)層，設有周長(cháng)為800米的高架環(huán)形出發(fā)平臺、可同時(shí)容納一萬(wàn)余人候車(chē)的大空間候車(chē)區、檢票通道等；下層為到達層，設有旅客出站地道、南北地下?lián)Q乘大廳、地鐵一號線(xiàn)、三號線(xiàn)、即將建設的輕軌L1線(xiàn)、部分長(cháng)途客運和旅游專(zhuān)線(xiàn)等，面積相當于40個(gè)標準足球場(chǎng)大小的地下空間，縱橫交錯，四通八達，旅客可隨意實(shí)現多種交通工具的“零換乘”。南站南北廣場(chǎng)平面設計為園林綠地和旅游集散地，南北廣場(chǎng)地下設計二層商鋪、道路和仃車(chē)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(lèi)機電設備3330臺，鋪設電纜370公里，各類(lèi)管線(xiàn)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(lèi)似“三明治”結構，最上層是減少強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的力顯聚碳酸酯板材，這兩種材料既保證透光率65％，又構成阻擋紫外線(xiàn)的聯(lián)合防線(xiàn)。如果有效擋住了紫外線(xiàn)，陽(yáng)光中70％的熱能就無(wú)法滲入。這些透光性好的新板材，不僅可使夏季屋內降溫和照明費用減少40％，獨特的涂層技術(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。

　　上海作為我國最大的經(jīng)濟中心城市和具有國際影響的特大城市，僅有上海、上海西主輔兩處客運站是遠遠不夠的。為此，鐵道部、上海市領(lǐng)導高度重視，早在上海明珠線(xiàn)（地鐵3號線(xiàn)）建設時(shí)，就做出建設鐵路上海南站的決策（當時(shí)叫上海第二客站），并要求把上海南站建設成為“廿一世紀上海標志性建筑”。

　　1996年11月，上海市人民政府、鐵道部共同下達了《關(guān)于上海市地鐵3號線(xiàn)建設項目會(huì )議紀要》，提出鐵路上海南站的規劃建設要按“統一規劃、一次動(dòng)遷、同步實(shí)施、逐步完善”的原則�！稌�(huì )議紀要》決定，鐵路以?xún)拳h(huán)線(xiàn)置換上海市400多畝土地，用于建設鐵路上海南站。

　　經(jīng)國務(wù)院批準，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(chē)工程、廣場(chǎng)及市政配套工程、郵政專(zhuān)運站工程。與此同時(shí)，上海市還投資近20億，配合主體工程進(jìn)行軌道交通一號線(xiàn)、三號線(xiàn)上海南站站改建和新建一批配套工程。鐵道部也投入相應資金，對線(xiàn)路電氣化等設備進(jìn)行改造。

　　鐵路上海南站站屋工程由法國AREP公司和華東建筑設計院聯(lián)合設計，上海建工（集團）總公司總承包施工。行車(chē)工程由鐵道第四設計院負責設計，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(cháng)陳良宇、鐵道部副部長(cháng)蔡慶華出席揭牌儀式并講話(huà)。

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

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

　　鐵路上海南站不僅是上海中心城市的南大門(mén)，也是聯(lián)系長(cháng)江、珠江三角洲及我國南方其他城市包括港澳地區的重要交通樞紐。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，最終將達一千五百萬(wàn)人次。