Вместе со строительством Николаевской железнодорожной дороги, связывающую Санкт-Петербург и Москву, началась работа по прокладке Петербурго-Варшавской железной дороги.
Строительством трассы между Петербургом и Варшавой руководил инженер Э. И. Герстфельд, а архитектурный проект здания вокзала принадлежал академику К. А. Скаржинскому. Строительство приостанавливалось на пять лет, это было связано с Крымской войной. Теперь строительством руководили инженер С. В. Кербедз и архитектор П. О. Сальманович. Под их чутким командованием здание было перепланировано, появился целый ряд вокзальных помещений для железнодорожных служб, платформы для въезда экипажей пассажиров и даже жилые квартиры для работников вокзала. Внешне здание напоминало скорее обычный жилой дом, оно не имело особых архитектурных украшений.

Первый участок Петербурго-Варшавской железной дороги, соединивший столицу с Гатчиной, был открыт в 1858 году, а уже через год появилась возможность путешествовать до Пскова. К самой Варшаве железнодорожная ветка протянулась в 1862 году. Строительство шло ударными темпами и каждый год железнодорожная трасса продвигалась всё ближе к Европе, соединяя Петербург с Брюсселем, Берлином, Веной и другими европейскими городами. Поток пассажиров был довольно большим  здание Варшавского вокзала пришлось несколько перестроить. Также сюда пристроили паровозное депо.
Поезда Варшавской линии славились своей красотой, удобством и комфортом. Богато обставленные вагоны были, конечно же, ориентированы на пассажиров первого класса. Все вагоны напоминали скорее маленькие уютные комнаты с комфортными спальными местами и отделанными красным деревом стенами, а в вагонах императорского поезда пассажиры даже могли принять ванну. Существовали также вагоны, принадлежащие знатным российским фамилиям, это так называемые «семейные» составы.

В начале 20 века на Варшавском вокзале попытались ввести "перронного контроля". Осуществлялся он посредством взимания «перронного сбора» - платы с провожающих за проход на перрон. Это должно было принести дополнительный доход казне и снизить давку на перронах. За право пройти на перрон следовало заплатить10 копеек. Однако такая традиция не прижилась из-за сильного недовольства людей, поэтому через несколько лет проект отменили.

Во время Великой Отечественной войны всего в 10 километрах от Варшавского вокзала проходила линия фронта. Естественно, после войны здание пришлось реставрировать от значительных повреждений. В конце 1949 года на месте центрального витража был установлен памятник В.И. Ленину.

Многие годы Варшавский вокзал принимал гостей города и отправлял туристов из России и стран Европы. Сегодня в здании Варшавского вокзала размещен музей железнодорожного транспорта, открыт торговый комплекс "Варшавский экспресс".