В 1929 году Московское архитектурное общество по поручению управления Омской железной дороги объявило конкурс проектов железнодорожного вокзала на станции «Новосибирск-Главный». Первую премию получил проект Н. Г. Волошинова. Архитектура здания предполагалась лаконичной, в стилистике конструктивизма. В объёмно-пространственном решении вокзала можно угадать образ мчащегося на восток паровоза. Арочно-сводчатое перекрытие вокзала предполагалось продлить над путями станции в виде распределительного зала, в котором должны были разместиться зал ожидания с рестораном, с лестницами к перронам.

В июле 1930 года городская планировочная комиссия внесла в проект ряд изменений. Дальнейшая разработка проекта была поручена киевскому отделению Гипротранса. По рабочему проекту из Киева в 1931 году были заложены фундаменты вокзала. Однако теперь архитектурный облик вокзала вызывает сомнение у руководства треста «Сибстройпуть». Проект перерабатывался ещё несколько раз, вначале Б. А. Гордеевым, затем Г. Б. Бархиным и А. 3. Гринбергом; по их схеме в Сибирском отделении «Стандартгорпроекта» был составлен окончательный проект. Уникальную арочную конструкцию центрального зала разработал знаменитый инженер Николай Никитин.

После директивного изменения «стилистической направленности советской архитектуры» в Новосибирске был проведён конкурс на внешнюю архитектуру фасадов вокзала. В итоговом проекте центральная часть вокзала имеет композицию триумфальной арки, обрамлённой пилястрами тосканского ордера и увенчанной большим аттиком, скрывающим снаружи железобетонную параболу свода главного кассового зала.

Вокзал был принят Государственной комиссией в эксплуатацию 25 января 1939 года.