西安火车北站位于西安城区北部即城市中轴未央路、城市三环路及绕城高速公路交通枢纽衔接处。距西安市市中心钟楼12公里；距咸阳市中心21公里；距西安咸阳国际机场20公里；距规划的行政中心3公里；东距西铜公路1公里，西距机场二号线1公里，南距绕城高速路1.5公里。车站站房总建筑面积约10.7万平方米，总投资估算（不含站前广场）19.53亿元。
■城市总体规划中为主客站
西安市城市总体规划中北客站定为主客站，逐步取代现有西安站的功能，是西安铁路枢纽及将要建成的全国快速高速客运网中的一个重要节点，是集铁路客运、中长途公路客运、城市轨道交通、城市公交、出租汽车、社会车辆于一体的大型综合交通枢纽。
火车北站的建设将改变西安目前只有一个主站的局面，缓解现有西安站带给旧城的交通压力。
西安铁路枢纽总体布局为“两主一辅”三处客运站：西安、西安北为主要客运站，引镇为辅助客运站；郑西客运专线引入西安北客站。西安站目前是陇海铁路和包柳铁路的重要节点，青藏铁路通过兰州接陇海铁路，规划有西宁铁路通道（西安-宁波）。北客站是郑西客运专线在西安建设的新站点，规划客运专线将延伸至兰州。
■站房最高聚集人数为1万人
针对目前西安乘车现状和整体规划要求，到2018年，发送量全年1300万人，日均发送量36000人，高峰小时发送量8600人；到2028年，发送量全年1800万人，日均发送量49000人，高峰小时发送量12000人。
按照规划设计，站房设计最高聚集人数为1万人。车站一次建成南、北双向客运站房、双向站前广场，形成南主北辅的规模格局。
■将建森林广场
以“一纵一横”两条轴线组织广场空间，其中一条为生态景观轴，贯穿南北广场，并向南北延续，完善了此区域的南北向发展轴线，是站区规划中心主轴。另一条轴沿铁路走向往东西延伸，为铁路沿线防护绿带。
纵向中轴线空间序列依次为南侧步行景观广场，主站房，北侧步行景观广场。南北侧步行景观广场两侧为景观绿地及交通广场。
南北广场均有人流集散的硬质地面和景观休闲绿地，相应配套电话亭、指示牌、休息设施、景观设施和部分小型服务设施，能供旅客室外休闲、候车之用。绿地结合色彩鲜明的植物搭配，以种植高大乔木为主，形成森林式广场，绿地覆盖率大于40%。
设计立意唐风汉韵盛世华章
如何解决交通建筑的大跨度通用性设计，又能体现出西安厚重的文化底蕴，是本设计解决问题的出发点。
经过大量古今中外的资料收集和模型推敲,最后确定西安火车北站的设计应突出“唐而新，中而新”。运用新技术、新结构、新材料创造出一个符合民众心理的汉唐之梦，传承唐风汉韵，体现和谐发展的时代精神。
本设计立面取意于唐代建筑大明宫含元殿，车站的屋顶、进站大厅、高架层分别源自大明宫含元殿出檐深远的屋顶、结构外露的墙身、浑厚有力的台基。
为了体现唐风汉韵，盛世华章，屋顶的造型尤为重要。整个屋顶由七个单元体组成，每个单元体在中间高起的屋脊处开以梭型的天窗，既能利用天然采光，更重要的是立面上形成一道优美的弧形屋脊，与舒展的两翼相得益彰，优化结构受力和增加屋顶采光条件。大屋顶由纵向Y型钢柱支撑，柱型丰满圆润，端部收分，结构外露，排列严谨。
旅客进出站借鉴机场模式
车站主要功能分区大致为三层式，最上层为出发层（9.5米标高，绝对高程388.195米），设有广厅、商业服务区及候车厅，广厅位于大跨度轻钢折板网架结构的屋盖空间下，与站台之间形成共享空间。
中间为站台层（±0.00米，绝对高程378.695米），设置售票处和贵宾候车室，位于到达层与出发层的中间，设有专用车道，贵宾车可以直接将贵宾送至站台。
最下层为到达层（-10.50米，绝对高程368.195米），设置地下出站厅，地铁出入口及联系南北广场的自由通道。另在站场投影范围以外设有出租车及公交车停车场。
■吸收机场的旅客进出模式
火车站进出人流量大一直是困扰着管理者的难题，在西安火车北站的建筑设计中，吸收了机场的旅客进出模式，强调旅客进出站的直接性，弱化等候空间，旅客可由南北两侧进站候车，“上进下出”立体分离。
同时，根据西安市有关的轨道交通规划，地铁二号线南北方向穿过西安火车北站。整体设计充分利用站场地下的空间并以此作为国铁出站、地铁换乘和南北两个广场联系的地下通道。长途客运布置于站房一侧，通过廊道与站房连接，从而使国铁、地铁和长途紧密结合、无缝衔接，使旅客换乘明确便捷。
■旅客进站
车站流线设计采用了先进的“绿色通道”进站模式。旅客可选择性地进入候车室候车，或直接由绿色通道进站。这种先进高效的进站模式满足了旅客便捷、舒适的需要。清晰的布局提高了旅客进出站的效率。旅客不需要指示系统也可以明确了解车站布局，掌握自己的行进方向。
■旅客出发
旅客出发引入“高进低出”立体分离的设计理念，将旅客候车布置于站房二层。旅客达到车站后，或直接由小汽车送达站房二层（候车层）；或通过公交送达广场地面层，尔后通过自动扶梯，到达站房二层候车大厅。对乘城市轨道交通到达车站的旅客，则由城市轨道换乘厅，乘自动扶梯，进入二层候车大厅。候车大厅与中间站台通过自动扶梯联系。对需在基本站台上车的贵宾，在站台地面层，临近基本站台处，设贵宾候车室，供贵宾在基本站台上车使用。
■旅客到达
对到达旅客出站组织，采用“立体交通组织”的设计理念，将旅客引入站台下层出站通道，通过出站通道出入旅客集散大厅或下沉广场，实现交通换乘，从而使进站客流和出站客流分层流动，互不干扰。
无需空调就可通风降温
根据设计，西安火车北站站房内部将形成自然通风的效果，除候车厅及主要商业空间外，大部分空间在过渡季节无需空调就可以循环通风降温，这将大大降低车站运行的能耗。
屋顶独特的顶棚采光通风设计将直射阳光过滤为温和的光线，不但透光、通风、防晒，更为进站、候车、休息等各种空间带来美轮美奂的光影效果。
交通平台外立面使用清水灰砖；位于站台层面上的屋顶及支持此屋顶的承重结构是金属结构；屋盖表皮采用直立锁边铝合金屋盖系统，立面上的钢框双层玻璃幕墙确保了大厅朝向城市的通透性。
楼地面为磨光花岗石板。屋顶是由金属网架同金属直立锁边屋面系统和半透明聚碳酸酯屋顶材料加金属遮阳组成，在屋顶的中心部分，一个个梭型半透明聚碳酸酯屋顶材料与金属条构成的采光屋顶为中央大厅引入自然的光线；外围的立面由玻璃幕墙构成，略微后退。前伸的屋顶起到了有效的遮阳效果。侧翼无站台柱，雨棚对应于铁轨线上的部分开设带状开口，有利于列车排气排烟。室内主要为灰色和白色等浅色调，它体现出西安古城风貌，也营造了一种安静的氛围。
抗震设防烈度为9度
西安火车北站在结构的设计上要求设防烈度为8度，但因本工程属乙类建筑，应按9度采取抗震措施。同时抗风、抗雪都要求按照最大的荷载设计，其中基本风压为0.40KN/m2（100年一遇）；雪荷载为0.25KN/m2（50年一遇）。
在消防设计方面也有严格的要求，车站大厅及站台上部屋盖可以通过应急措施打开顶部的天窗，变成有效的排烟通路，保证人群疏散时间，同时进站大厅可以成为半室外空间，消防车可以直接进入。室外消防车辆可以进入基本站台，并可通过高架平台形成环形消防通道。进站广厅人员可以就近疏散至其外环的高架平台，消防车可直达此平台，或者候车大厅人员可以就近由楼梯疏散至站台，消防车也可直达基本站台。
