广州南站总投资130亿元人民币,总用钢量7.9万吨,约为国家体育场(即"鸟巢")的1.7倍,使用混凝土150万立方米。车站由东、西两个广场及体现广东岭南文化特色、以芭蕉叶为造型的主站房组成,总建筑面积约61.5万平方米,站房建筑面积48.6万平方米, 南北长448米、东西宽398米,建筑最高点距地面52米,檐口最低点距地面22.9米。因候车厅面积较大,故春运期间广州南站也不会十分拥堵。
广州南站由中铁第四勘察设计院集团有限公司(铁四院)设计。 车站建筑外观雄伟壮观,外形设计具有鲜明的岭南文化特色,成为展现广州历史神韵和现代气息完美结合的标志性建筑。 其结构布局和交通引导比火车站总站、火车东站更加科学,在东西两侧设有悬空的廊桥供车辆直接开上出发平台送客,其立体化的交通方式与飞机场的设计风格相似。
车站设计和建设充分尊重广州山水城市的格局,做到自然环境与人工环境融为一体。巨大的玻璃穹顶棚形似6片漂浮于空中的芭蕉叶,体现了广东音乐《步步高》的意境, 其中部为64米大跨拱形结构。 站房屋顶以一片片的芭蕉叶为基本单元,通过中央采光带的串联,形成极具特色的建筑形态。天窗采用对角线网格的钢筋结构,以拱顶形式呈现并镶嵌ETFE气枕,使得自然光可照入候车大厅,同时减少对外部热量的吸收。 屋顶安装了约2000平方米的太阳能电池板,可将太阳能转化为电能为车站供电。