Постройка железной дороги, соединяющая Петербург и Петергоф, увы, совпало с событиями Крымской войны, из-за этого денег на строительство либо не было, либо катастрофически не хватало. Но нашлись предприимчивые люди, которые согласились взять на себя большую часть расходов по строительству, что потом принесло немало прибыли. Этого предприимчивого человека звали барон А. Штиглиц. Под вокзальное здание в Петербурге выбрали место недалеко от Обводного канала.

Разработчиком проекта был архитектор А.И. Крака, довольно известная в то время личность. За основу своего проекта он взял архитектурный облик Восточного вокзала в Париже. Фасад здания украсили полукруглым витражом, в него были вставлены часы фирмы «Павел Буре». Впоследствии,  часы перевели на питание от электричества, они служат до сих пор. К зданию вокзала были пристроены два флигеля, они находились по бокам здания. Один служил как служебное помещение, а во втором разместились апартаменты для императорской семьи.
Свой первый рейс между Петербургом и Петергофом поезд совершал около часа. Не упустили возможности поучаствовать в историческом событии именитые и высокопоставленные петербуржцы. Эту дорогу часто использовали императоры Николай I и Александр II для езды в Петергофскую резиденцию. Уже 1864 году железнодорожную линию продлили до Ораниенбаума (Ломоносов), а в 1872 году дорогу соединили с другой веткой, соединявшую Гатчину с городами Нарвой и Ревелем. Это были прибалтийские города, поэтому Петергофский вокзал был переименован в Балтийский. Начали строиться вдоль железной дороги, вплоть до Ораниенбаума, загородные дома т.к. добраться до них по железной дороге было легко и быстро.

В 30-х годах XX века был разработан проект поезда на электрической тяге, но ей так и не суждено было реализоваться. Из-за возросшего пассажиропотока проводилась масштабная реконструкция вокзала. Облик здания был значительно изменен. Например, из двух входов в боковые флигели был сделан один, но большой, центральный вход. После завершения реконструкции Балтийского вокзала, он стал отправной точкой для первых в России электропоездов.

После окончания Великой Отечественной войны, к зданию Балтийского вокзала в 1955 году пристроили павильон станции метро «Балтийская». В настоящее время поезда с вокзала следуют в юго-западном направлении.