新建站房外觀采用法國AREP公司的設計方案，內部功能采用鐵道第四勘察設計院的設計方案，充分體現了標誌性、功能性、系統性、先進性和文化性的有機結合。站房采用桅桿斜拉懸索結構，18根桅桿支撐著橫向鋼梁，猶如壹艘桅桿揚帆的巨型帆船，停泊在美麗的玄武湖畔，具有江南文化和現代化特色。
新站房的建設充分體現了 "壹切以旅客為中心 "的理念。站房東西長270米，南北進深53.5米，地下壹層，地上三層，總建築面積4.1萬平方米，是原站房面積的6倍。客流高峰期每小時可容納1萬名旅客候車，是原車站候車能力的4倍。售票大廳設有 32 個售票窗口和 8 個應急售票窗口，面積達 1155 平方米。站房壹層西端為行李房，中間為售票廳，東端為軟席貴賓候車區；二層為進站大廳專用候車室、普通候車室、母嬰室、軍人室、"158"（我要幫助）工作室；三層為普通旅客候車室。三樓為普通旅客候車室。為了方便旅客在各層之間的接駁，車站****，安裝各類電梯32部，其中自動扶梯18部，自動電梯4部，垂直電梯10部（殘疾人電梯7部，貨梯3部）。
南京站新站房建設采用了大量先進技術，主體結構由18根後傾鋼管混凝土柱作為主要受力構件，大面積、大跨度的斜拉索輕鋼屋架體系，現代懸索結構技術，透明點式玻璃幕墻，自動監測控制的消防水炮，遠距離送風和大溫差設計的分層空調系統，處處體現了現代科技與新型建築的完美結合。處處體現了現代科技與新型建築的完美結合。此外，車站還同步建成了電視監控、電子引導、列車到發預告、多媒體查詢等車站自動化管理信息集成系統，具有國內壹流水平。
南京站新站房采用立體交通組織，旅客進出站采用 "高進低出 "的流線，進站乘車可通過高架環形車道直達二樓站臺進入候車大廳，地下出站大廳與地鐵南京站和停車場相連，旅客可選擇地鐵、出租、社會車輛和公交車換乘，是全國最重要的鐵路站房之壹。乘客可以選擇地鐵、出租車、社會車輛和公交車進行換乘，在國內鐵路車站建設中首次實現了真正意義上的 "零距離 "換乘。
南京站站房改造工程開工後，新建站房主要包括新建1座無站臺柱鋼結構雨棚，新增2線1站臺，2座進站人行天橋，新建1座出站、行包地道，以及其他附屬設施。無站臺柱鋼結構雨棚占地面積4.75萬平方米，雨棚長543.5米，寬87.5米，由75根專用鋼柱支撐，最高點距站臺面20.456米。出口通道長 110 米、寬 7.5 米、高 3 米，箱包通道長 110 米、寬 5.25 米、高 3.1 米，包裹通道長 110 米、寬 5.25 米、高 3.1 米。行包和包裹采用專用隧道進出，改變了原來通過平過道跨線上站臺的方式，保證了列車的安全通過。跨線人行天橋設有樓梯，殘疾人專用電梯與站臺相連，方便乘客到達站臺。
新客站站前景觀廣場分為集散主體廣場區、過渡引導廣場區和湖濱濱水休閑區，總面積近4萬平方米，是原站前廣場的1倍。分流主廣場面積約2萬平方米，直接與主站、地鐵出入口相連，與停車場相連，以快速、大面積鋪裝為主，兩側還種植了樹木花草。過渡引導區中間的綠地進行了下沈處理，放置了各種景石，兩側伴以雪松樹陣。湖畔濱水休閑區建有壹個 "親水平臺"，玄武湖中心有壹個138米高的水柱 "超級 "噴泉，水柱噴射速度超過1秒100米，伸手觸摸碧波蕩漾的湖水，就能感受到江南水鄉的柔美。
現代化的服務設施必須有與之相適應的人性化服務措施，才能實現軟硬件的兼容，構建和諧的出行環境。南京站全體幹部職工要以新站啟用為契機，立足於轉變服務理念、提高服務技能、完善服務設施、創新服務品牌、健全服務機制等方面的工作，以嶄新的姿態迎接中外旅客。
該站新設置了自動咨詢機、自動存包機、自動取款機和手機快速充電設備，並優化、擴建了信息中心平臺，集中了壹個電話平臺（85822222），分類進行查詢、訂票、送票等綜合服務，為旅客出行提供了諸多便利。針對特殊旅客，該站開設了殘疾人購票專窗、應急售票專窗、雙語專窗、團體專窗等特色售票窗口，還為突發疾病的旅客設置了醫療服務點，以及專門為商務旅客提供的貴賓室等。
同時，該站著力打造 "158 "工作室系列服務品牌，提供 "三五 "服務，即 "五免費"：免費搬運行李、免費提供藥品、免費使用文化娛樂服務。提供日常藥品，免費使用文化娛樂用品，免費使用針線、鞋油、鞋刷，免費使用殘疾人專用車、擔架；"五代"：代購、代補票，代殘疾人旅客上車，代購旅遊用品，代廣播找人，代打電話；"五到座"：走訪到座、送水到座、解決疑難問題到座、補票到座、檢票到座。工作室工作人員統壹服裝，規範服務，做到 "三知三有"，即知位置、知方向、知困難，有登記、有服務、有交接。同時，"158 "工作室作為上海鐵路局網絡品牌服務，還將加強與其他兄弟車站的聯系，為重點旅客提供延伸服務。