徐州站建筑面积为3.3万平方米，主楼高45米，高架候车室10000平方米，可同时容纳1万人候车。主楼8层，新建无柱风雨棚4.6万平方米，站内有9台10线、10个候车室，候车室面积共9851平方米，可同时容纳1万人候车，采用高架进站、线上候车、地道出站的流程方式组织旅客。站内设有旅客、行包、邮政地下通道。
徐州站被称为“淮海经济区第一窗口”，位于江苏省徐州市津浦西路西、复兴路东侧，是徐州市淮海路东起点，始建于风雨飘摇的20世界初叶（1910年）。在中国交通史上，素有“徐州通，则全国通”的说法。作为“中国铁路之咽喉”，徐州站历经百年于今仍然是全国第二大铁路枢纽和中国第八大火车站。徐州站曾经隶属济南铁路局管辖，一直到2008年3月18日，徐州分局划归上海铁路局辖。火车站的重新划归，是徐州以工业制造、能源重镇的身份正式步入长三角经济区的标志之一。
长途汽车
徐州汽车总站位于火车站南侧，出站后步行10分钟即可到达车站。徐州汽车总站营运线路112条，日发班次816班，班线覆盖苏、鲁、豫、皖、冀、津、京、陕、粤等十二个省市（直辖市）。
公交线路
徐州站（朝阳） 的线路： 焦朝线 专1 13路 13路附 16路 25路 26路 29路 30路 36路 48路 51路 55路（白班线路） 62路 71路 75路 88路 89路 102路 106路 108路 118路 118路附601路 602路 815路 818路附 820路 829路 830路 831路 858路 966路
徐州站（蓝天） 的线路： 焦朝线 专1 10路 18路（夜班线路） 36路 46路（白班线路） 71路 80路 83路 89路 199路 602路
徐州站（老火车站） 的线路： 1路 2路 3路 3路附 11路 11路附 19路 20路 50路 68路 92路 103路
徐州站（铜山汽车站） 的线路： 80路 83路 88路 89路 108路 199路 826路
轨道交通
截至2018年4月，建设中的徐州地铁1号线、3号线在此设置徐州站站点。
1908年6月，徐州府站始建，由英国建筑师小古龙设计，中国人张伯、陈正庭承建。车站站址位于子房山（鸡鸣山）西侧。
1910年1月，车站站房竣工，称徐州府站，为英国风格的砖木结构平房建筑。车站站房竣工后，接入津浦铁路正线：铺设了两股旅客列车接发站台；候车室用竹杆苇席搭起车站候车室，内设几条条椅；建筑面积为2736平方米的车头房（机务段）亦同时兴建。徐州府站建成通车，徐州当地士绅参加了通车典礼，当地居民也争相围观。因位于东城门外，徐州人习称东站。
1915年，由比利时承建的陇海铁路接入徐州站，与由英国负责的津浦铁路负责各自独立运营：两线转乘旅客需要在车站下车换乘、货物则在车站进行倒装过轨的“联票运输”；但由于陇海线位于徐州境内的铜山县站（现徐州西站）无编组能力，故陇海线列车均委托津浦铁路管理局在徐州站南场进行编组。
1927年，徐州府站改名徐州站。
1931年6月，津浦、陇海两线列车开始试行直通运转。
1936年，车站又改名铜山站。
1938年，徐州会战时车站被日军炸毁，之后日军掌握陇海线后对车站实施军事管制。由于陇海线东段的连云港距离日本本土的门司港仅500海里，使得利用陇海线将中国获得的物资通过海运运送至日本本土十分方便，因此日占当局整修了徐州站站台，修建了6股火车道和站台旅客上下车的地下通道。增加了机务段中机车的数量，从原来的30辆增加到了40辆。
抗战胜利后车站复名徐州站。1948年车站以及陇海线线路在淮海战役中再次被毁。1948年12月1日解放军攻占徐州后，徐州铁路和徐州政府紧急抢修在战争中被毁的铁路。
1949年5月，全线修复通车，此时车站配有客场（客车到发线5股、停车线2股、旅客站台3座、站房和票房各1座），货场（货车到发线7股、调车线12股、小货台4座、货房1座）、停车场（6股停车线）各1个及三角线1处。到发线有效长650米，调车线有效长400米，4条牵出线长的403米，短的341米，道岔144组。
1956年，扩建编组场，使得到发线均延长至850米，牵出线亦相应延长，增加了平行进路；
1957年10月，扩建了东站广场，新建了候车室。新候车室由建筑工程部北京第二工业建筑设计院设计，为红白相间的两层楼房，建筑面积4364平方米，可同时容纳两千多人候车，于1959年2月建成；
1958年6月，又由于大跃进后突然增长的运量，车站新建东编组场，1959年12月竣工。之后徐州站又进行了多次编组站的扩建计划，但由于铁道部意识到南京长江大桥通车后会导致徐州站不合理设计的编组场变得不堪重负，加之经济困难等因素，因此改为在孟家沟站（现徐州北站）新建编组站，徐州站编组场改为一级三场。
1979年，由于津浦、陇海复线的相继建成，运量逐年递增，徐州枢纽各项能力已届饱和，常处于半堵塞状态。
1984年，仅货物列车在站外等线一项，就造成直接经济损失150.8万元。
1985年，徐州枢纽扩建工程被列为国家“七五”期间建设项目。徐州枢纽扩建工程涉及徐州站的项目包括：将津浦与陇海正线采用立交疏解，不再交叉干扰；扩建徐州机务段；扩建徐州客站；改建徐州车辆段为客车车辆段，迁建客车整备所。但客站相关工程直至1991年仍未开工建设，因此1991年铁道部责成第四勘测设计院修改原设计。
1992年8月，徐州新客站工程正式开工，车站改造期间客运被分流至徐州西站和徐州站西运转场处理。
1996年，新客站竣工并投入使用，徐州站站房通过白色贴砖外立面、青色滤光玻璃、拱形天顶组成了类似风帆的造型，颇有即“一路顺风”的寓意，站名则由李可染题写。
2007年4月18日，京沪铁路开行动车组列车，但运行初期并没有列车停靠徐州站。6月1日开始，D31/32次列车停靠徐州站。9月10日开始，开行郑州到上海的D88/5、D82/3次列车，徐州站是其中的一个停靠站；同年12月21日起，新增加青岛至汉口的D151/153次和济南至郑州的D157/158次两对动车组列车停靠徐州站。
2008年3月18日开始，徐州站由济南铁路局改为上海铁路局管辖。随后徐州市政府和上海铁路局决定对徐州站进行进一步改造。同年4月18日，徐州站开行至上海站的D473/474次动车组列车。2008年9月，徐州站改造工程启用。改造工程分为两期：第一期为车站站场改造工程，工程总投资2.5亿元，包括兴建无站台柱雨棚。工程于2008年年底完工；第二期工程为站房外立面改造，于2009年底开工，2010年2月14日完工。
自助购票
徐州站站内设有旅客、行包、邮政地下通道，截至2017年底，售票员大厅设有35个人工售票窗口，10台自助售票机。
便民设施
徐州站主站房设有4部旅客自动扶手电梯、2部行包电梯、6部升降电梯。
旅客运量
徐州站日均接发旅客列车176趟，换挂机车223台次，平均每8分钟接发一列客车。2015年，徐州站发送旅客1902.47万人，完成运输收入255502.08万元。
