1846-ban épült ki hazánk első vasútvonala az akkor 300 ezer lakosú Pest és Vác között. Ennek pesti állomása nagyjából a mai Nyugatipályaudvar helyén üzemelt, melyet PestiIndóháznak neveztek. A forgalomnövekedés miatt szükségessé vált bővítést a városvezetés abban az esetben engedélyezte, ha az új pályaudvar igazodik a Nagykörúthoz. A tulajdonos Osztrák Államvasút Társaság úgy döntött, lebontja az indóházat és újat építtet a helyére, ezért ledózerolta a régit és a pesti csarnok köré felhúzta a mai pályaudvar vonatfogadó csarnokát (az előzőt az új felépítéséig nem bontották el, hogy a forgalom zavartalanul haladjon).
Egyes korabeli elképzelések egyébként a Keleti pályaudvart is a körút mellé szánták, ami több szempontból előnyös lett volna – és egyben rendkívül drága is, amennyiben a Nagykörútig tart a vasútvonal viaduktos átvezetése. A minisztérium végül az olcsóbb változatot fogadta el, így a Rákóczi út végére épült fel a „rivális”.
A mintegy 8 millió forint költségű új állomás terveit az osztrák August de Serres építésznek köszönhettük, aki a később a párizsi Eiffel-torony által világhírűvé vált Gustave Eiffel cégének alkalmazásában dolgozott. Az 1874-ben kezdődött munkálatok eredményeként a korabeli építészet úttörő jelentőségű és európai színvonalú alkotásaként a csarnok könnyed szerkezettel lett ellátva, impozánsan jelent meg a város környezetében. Újdonságnak és technikai bravúrnak számító vasszerkezetes kialakítása miatt a fél világ a csodájára járt.
A monarchia legnagyobb csarnoka 42 méter fesztávolsággal bírt, világviszonylatban csak négy nagyobbat ismertek nála. A 146 méteres befogadó csarnokot direkt tervezték ilyen hosszúra, hogy a peronon a vonatok valamennyi kocsijához fedett útvonalon lehessen eljutni. A 6153 négyzetméter alapterületű, 25 méter magas, nagy térhatású csarnok üvegezett homlokzatával a körút vonalához formálódott. Az ablakokkal megnyitott oldalépítményeket a kor ízlésének megfelelően két-két magas kupolás saroktorony és franciás tetőidom díszítette. Gondoskodtak központi jegyváltó csarnokról, várótermekről, poggyászfeladókról, állomásfőnökségről, rendőrségi- és vendégszobákról és egyéb irodákról, valamint Ferenc Józsefnek egy külön váróteremről.
Az ekkor még Budapesti pályaudvarnak nevezett építmény hivatalos átadása 1877. október 28-án történt meg, az ünnepségen részt vettek a korabeli fontos emberek közül miniszterek, főrendi és képviselőházi tagok, az országbíró, és még nagyszámú katonai kísérettel az országos főparancsnok is. Az előkelőségeket maga De Serres építészeti igazgató vezette körbe, az első vonat pedig két nappal később indult el, hová máshová, mint Bécsbe.A magyar vasút modernizációjában vezető szerepet töltött be: 1881-ben itt vezették be először a Siemens & Halske cég modern váltórendszerét, később innen indultak próbaútjukra az első Kandó-féle villanymozdonyok.1891-ben keresztelték át Nyugati pályaudvarra, miután a Magyar Államvasutak tulajdonába került. Az elnevezés nem a Budapesten belül elfoglalt helyére, nem is az égtájra vagy az induló vonatok irányára utalt, hanem az építkezést finanszírozó társaságra. Hosszú évtizedekig afféle minivárosként létezett: bérpaloták épültek köré, villamos haladt el előtte, luxusétterem, fodrászüzlet és számos további kereskedelmi egység házigazdájaként funkcionált.
Első látványos bővítése 1901-ben kezdődött és három évig tartott; a Podmaniczkyutcai oldalon nagyműhelyt, szénpályaudvart és vontatótelepet létesítettek. Szükség volt némi tehermentesítésre is, ezért előbb megépült az északi teherpályaudvar 1908-ban, tíz évvel később pedig az Irinyi-pusztai új rendező pályaudvar. A trianoni békeszerződés után súlyos gazdasági állapotba került az ország, aminek következményeként felmerült a Nyugati megszüntetése és egy új pályaudvar felépítése is – Rákosrendezőn. Ez végül nem történt meg, de némi átalakítás azért belefért a büdzsébe: az Állatkerttől két-két vágánypárra választották szét a ceglédi és a szobi vonalat.Nemhogy nem úszta meg a II. világháborút az épület, hanem a heves harcok során súlyos károkat szenvedve lényegében elesett. A vágányhálózatot 1945 nyarára sikerült teljesen helyreállítani, az épületek renoválása további éveket vett igénybe. A háború végeztével felmerült a teljes kitelepítés tervezete is, ám végül a pénzhiány miatt „csupán” egy időre kivonták a teherforgalmat a pályaudvarról.
Az ’50-es években a kontinens akkori legmodernebb átrakója működött itt. Előfordult, hogy a rendkívül fontos szerepet betöltő tehervonatok elfoglalták a vágányokat az akkoriban kisebb jelentőségű személyvonatok elől. 1962. október 2-ra datálódik a pályaudvar addig történetének legfurcsább és egyben legszerencsésebb kimenetelű balesete. Történt, hogy egy 40 km/h-s sebességű tolatás során levált a mozdonyról egy 10 kocsiból álló szerelvény, melynek utolsó vagonja áttörve a várócsarnok üvegfalát a körúti járdán kötött ki. Mivel a hangosbemondón keresztül gyorsan sikerült tájékoztatni az embereket, mindössze egy személy – egy idős hölgy – sérült meg súlyosabban.
Az évek során keletkezett jelentős korróziós károk miatt 1975-ben életveszélyesnek nyilvánították az épületet. Szóba került a totális lebontás is, de az illetékesek inkább a teljes helyreállítás mellett döntöttek, ami 1979 decemberében fejeződött be, így aztán „Budapest kapuja” szerkezeti egységet tudott alkotni az újjáépülő Marx térrel. A tér egyébként valódi tömegközlekedési csomópontként tündökölt: elfutott idáig többek között a 47/49-es villamos, illetve az egyik trolibusz végállomását is itt jelölték ki.
Budapest újabb modernizációja az 1981-ben kiépített 3-as metróvonallal érte el a környéket. A pályaudvar és a tér alá aluljárórendszer, a Bajcsy-Zsilinszkyút és a Váci út között pedig felüljáró épült. Emiatt még 1978-ban robbantással eltüntették a Nyugati melletti, egykoron kétes hírű szállodát, amelyet a népnyelv a pályaudvar után Westendnek hívott.
A következő jelentősebb mérföldkő 1999-ben íródott a pályaudvar történetében, egészen pontosan annak szomszédságában. A WestEnd City Center építésével néhány vágányt megszüntettek, az új parkolóház és a tetőkert befedte a korábbi tetők vágányait és még a körúti homlokzat is ráncfelvarráson esett át. 2005-ben egy esetleges kormányzati negyed kialakítása miatt újra felmerült a Nyugati megszüntetése, melynek vezető szerepét újfent a rákosrendezői központnak szánták, ahová a meghosszabbított kisföldalattival lehetett volna eljutni. A pályaudvar csarnoka más funkcióval műemlékként megmaradt volna.
2006-ban kisebb vágányokat és épületeket lebontottak ugyan, de semmilyen komolyabb átépítés nem történt azóta. Egyes vélemények szerint szükséges lenne a műszakilag elavult pályaudvar és a csarnok műemléki felújítása és a 17 vonatfogadó vágány bővítése sem lenne indokolatlan. A finoman fogalmazva sem patyolat tiszta állapotú pályaudvar rekonstruálására készültek már tervek, ám egyelőre csak a Nyugatiteret sikerült megszépíteni a közelmúltban.
