Первое здание вокзала было типовым для станций 4-го класса: деревянное одноэтажное с мезонином, в котором жил начальник станции. Для заправки паровозов водой к Нижнему пруду протянули водопровод и установили "водокачальную машину". В 1908 году по проекту В.К. Филиппова построили новый вокзал в стиле модерн с двумя пассажирскими залами, буфетом и почтовым отделением. 

В начале ХХ века ежедневно станцией пользовались 200 пассажиров 1-го и 2-го классов и 900 пассажиров 3-го класса, а в праздничные дни счёт шёл на тысячи. 

Местность вокруг станции — с тех пор, как была построена Курская железная дорога — изобиловала дачами. В пристанционных посёлках общее число дач доходило до 1000, а дачников, проживавших в них летом, — до 15000 человек. Такое положение дел сказалось на станционном названии — 1 января 1904 г. её переименовали в «Царицыно-Дачное». С этим названием станция просуществовала до 1960 г.. Когда её территория оказалась в черте Москвы со всеми окружающим поселками, станции вернули изначальное имя — «Царицыно»

Полная реставрация вокзала, признанного памятником культурного наследия, была проведена в 1998 году. 

В 2007 году фасад вокзала был окрашен в бежевые тона, зрительно выделена старинная кирпичная кладка здания — реставраторами предполагается, что так вокзал выглядел более ста лет назад. На фотографии, сделанной около 1910 г., видно, что вокзал — из красного кирпича с белыми наличниками. Также был произведен капитальный ремонт пассажирских платформ, асфальт заменили на тротуарную плитку двух цветов: серого и красного — по ассоциации с цветами Царицынского ансамбля.