Здание Московского железнодорожного вокзала Санкт-Петербурга было возвелено в 1847—1851 годах по проекту архитектора К. А. Тона, при участии Р. А. Желязевича. Московский жд вокзал Санкт-Петербурга является точной копией построенного им же Ленинградского жд вокзала в Москве.



В 1868 году в связи со значительно возросшим пассажиропотоком была начата реконструкция Московского жд вокзала. К основному знанию Московского вокзала Санкт-Петербурга был пристроен двухэтажный флигель для приема багажа, правое крыло здания жд вокзала соединили с царскими покоями. В 1898 году со стороны Лиговского проспекта к Московскому жд вокзалу было построено кирпичное здание отделения Николаевской железной дороги.

В 1912 году был объявлен конкурс на проект нового здания железнодорожного вокзала. Появлявшиеся новые технические устройства требовали новых помещений, старое здание Московского жд вокзала не могло их обеспечить. Сложность решения заключалась в том, что новый Московский жд вокзал мог быть расширен только в сторону путей, Знаменская площадь к тому времени уже была полностью сформирована. Одобрение получил проект В. А. Щуко и было начато строительство корпуса прибытия, который должен был стать левым крылом нового здания Московского вокзала Санкт-Петербурга. С началом Первой мировой войны строительство жд вокзала было прервано, но старое здание жд вокзала избежало сноса.

В 1923 году, с переименованием Николаевской железной дороги в Октябрьскую, то же название получил и железнодорожный вокзал. В 1930 он получил свое современное название и стал именоваться Московским жд вокзалом в Санкт-Петербурге.

10 июня 1931 года от Московского вокзала Петербурга отправился первый фирменный пассажирский жд поезд «Красная стрела». В 1962 году, одновременно с электрификацией движения, в здании Московского жд вокзала были сделаны подземные переходы с выходом в город и на станцию метро «Площадь Восстания».

В 1950—1952 годах по проекту архитектора В. И. Кузнецова здание Московского вокзала С-Петербурга было реконструировано и расширено. К правому крылу Московского жд вокзала со стороны Лиговского проспекта был пристроен новый флигель со вторым вестибюлем станции метро «Площадь Восстания».

В 1967 году был открыт новый световой зал Московского жд вокзала, что увеличило площадь железнодорожного вокзала на 2700 квадратных метров. В 1976 году площадка между жд перронами и световым залом Московского вокзала Санкт-Петербурга была перекрыта алюминиевым навесом.

В начале 2000-х годов Московский жд вокзал Санкт-Петербурга был отреставрирован и оснащен автоматизированной системой контроля оплаты проезда пассажирами пригородных электричек, отправляющихся с Московского вокзала.