Варшавський вокзал на набережній Обвідного каналу став третім вокзалом в Санкт-Петербурзі після Царськосельського і Миколаївського . З двох варіантів розвитку залізниць в Росії (західного і південного) вибрали перший. У листопаді 1851 року було видано указ імператора Миколи I:
"1. Спорудити залізну дорогу від С. Петербурга до Варшави. 2. Дорогу цю іменувати С. Петербург-Варшавської залізницею. 3. Роботи почати з 1852 року, приступивши до цією як від С. Петербурга, так і від Варшави" [Цит . по: 1, с. 77].
Перша будівля Варшавського вокзалу було побудовано в 1851-1853 роках за проектом К. А. Скаржинського. За деякими відомостями в цьому брав участь і академік архітектури Н. Л. Бенуа . Споруда була схоже на звичайний житловий будинок, але його центр виділяли п'ять великих дверних прорізів. Трохи пізніше поряд було побудовано існуюче досі локомотивне депо.
Перша ділянка нової залізниці був відкритий 13 листопада 1853 року. Магістраль з'єднала Петербург з Гатчиною.
Будівництво Санкт-Петербург-Варшавської залізниці призупинила Кримська війна, після якої скарбниця оплачувати роботи вже не могла. Магістраль набуло Головне суспільство Російських залізниць 28 січня 1857 року. Будівництво очолив С. В. Кербедз. Головним архітектором став недавній випускник Інституту цивільних інженерів П. О. Сальмановіч. Саме з його ініціативи в структурі вокзального комплексу з'явилися пакгаузи і житлові будинки для службовців, а в 1870-х роках - кам'яні лазні.
У міру продовження будівництва магістралі стару будівлю переставало задовольняти вимогам експлуатації. Нова будівля Варшавського вокзалу зводилося за проектом П. О. Сальмановіча. Проект передбачав будівництво паровозного депо на 14 машин і двох кам'яниць для службовців Товариства залізниць. Нова будівля вокзалу було спроектовано П-образним з двома бічними двоповерховими корпусами. Головний фасад облаштували з боку Обвідного каналу, він мав дев'ять арочних вікон з центральним великим вікном, прикрашеним багатим вітражем. У центрі фасаду розмістили вежу з годинником і флагштоком, стіни прикрасила ліпнина, пізніше майже вся втрачена.
Висота Варшавського вокзалу з башей склала 51,5 метр, довжина - 283 метра, ширина - 54,4 метра. Всього на станції було п'ять платформ, дві з яких підходили під дебаркадер. Варшавський вокзал міг одночасно приймати до десяти поїздів. Права платформа під дебаркадером (якщо дивитися від каналу) призначалася для прийому поїздів, ліва - для відправки. Між ними був третій шлях, по якому прибув паровоз переганявся в депо.
З 1857 по 1862 год к Варшавському вокзалу з боку шляхів були прибудовані додаткові корпусу, сіни і платформи для підвезення коней і карет. Була проведена кардинальна перепланування приміщень, перероблені царські покої. Приміщення для імператора знаходилися на першому поверсі. Вони найчастіше були порожні, так як в них мала доступ тільки царська сім'я.
20 листопада 1858 року Варшавський вокзал отримав газове освітлення, для чого на території станції побудували невеликий газовий завод. У наступному році від Обвідного каналу був проритий підковоподібний басейн для перевалки вантажів з залізниці на баржі.
15 грудня 1862 року відбулося відкриття руху по всій західній магістралі.
Архітектор П. О. Сальмоновіч є автором оригінальної ідеї - поєднати під одним дахом пасажирські служби і місце для формування складів. Це дозволяло здійснювати обслуговування спальних вагонів в набагато комфортніших умовах. Для її реалізації за дебаркадером Варшавського вокзалу були влаштовані дев'ять шляхів, які з головними з'єднували п'ять поворотних кіл діаметром близько восьми метрів. В середині 1860-х років побудували теплий павільйон для обслуговування складів. Сюди надходила гаряча вода для миття вагонів, яка зливалася в Обвідний канал. У теплий павільйон вагони, після їх звільнення пасажирами, прегонял маневровий паровоз. Така система дозволяла подавати до посадки вагони теплими і сухими навіть взимку.
У липні 1904 року біля вокзалу стався замах на міністра внутрішніх справ В. К. Плёве, при якому він був смертельно поранений.
У 1908 році на Варшавському вокзалі була зроблена спроба введення "перонного контролю". З кожного проводжає почали знімати плату в 10 копійок, це повинно було запобігти тисняві на перонах, принести додатковий дохід скарбниці. Указ про перони контролі вступив в силу 10 березня, його здійснення почалося 21 березня. Перонні квитки можна було купити в касах і спеціальних автоматах. Але останні іноді працювали несправне, не виказуючи квиток замість грошей. Платний вхід для проводжаючих діяв недовго.
Варшавський вокзал служив укриттям для робітників Московського і Нарвського районів в жовтні 1917 року. Вони захищали Петроград з південного боку, побоюючись підходу до міста контрреволюційних сил.
Під час Великої Вітчизняної війни будівлі вокзалу було завдано значної шкоди, лінія фронту проходила від нього всього в десяти кілометрах. Після закінчення війни будівля була відреставрована, впорядковано дві бічні площі. У правій частині вокзалу окремі невеликі приміщення були об'єднані в просторі зали очікування для пасажирів поїздів дальнього сделованія і приміських напрямків. Тут заново були обладнані ресторан, перукарня, магазини і службові приміщення. 5 листопада 1949 року на місці центрального вітража встановили бронзову фігуру В. І. Леніна роботи скульптора М. В. Томського. П'єдестал для пам'ятника з блоків червоного полірованого граніту створили архітектори Н. Ф. Хомутецький і Б. В. Муравйов. Висота п'єдесталу склала 4,2 метра, висота фігури - 5,5 метрів.
Зростання Ленінграда в південному напрямку зажадав оптимізації територій за Обвідним каналом. На місці гілки Варшавської залізниці за радянських часів виросли нові житлові квартали. Але Варшавський вокзал залишався в строю, його з'єднали з гілкою Балтійського вокзалу . Він брав поїзда з інших країн, в тому числі з Польщі, Німеччини, Угорщини, Чехії, Румунії, Болгарії, Франції. Звідси йшли поїзда в Прибалтійські республіки і на західну Україну. На початку XXI століття Варшавський вокзал перестав здійснювати свою основну функцію - приймати поїзди, вони були перенаправлені на Балтійський вокзал.
При розгляді варіантів розвитку навколишньої території розглядалася можливість знесення будівлі Варшавського вокзалу. Він замикає перспективу Ізмайловського проспекту, таким чином не даючи можливість з'єднати його з Новоізмайловского.
У 2001 році в будівлі вокзалу розмістили музей залізничного транспорту, а в 2003-2006 роках за проектом Джованні Бартолі будівля була знову реконструйовано. Тут відкрився торговий комплекс "Варшавський експрес". При реконструкції пам'ятник В. І. Леніну був прибраний.
