Первоначально это было каменное здание с железной кровлей, в средней части одноэтажное, по краям — двухэтажное. Полы в здании были выложены глиняными японскими плитами. В 1910—1912 годах, в связи со строительством Ярославского вокзала в Москве, вокзал во Владивостоке по проекту гражданского инженера В. А. Плансона расширили и надстроили по образу и подобию Ярославского, создав на обоих концах транссибирской железнодорожной магистрали архитектурно законченные станции.
С 1924 года облик здания стал постепенно меняться: был снят двуглавый орёл, под слоем штукатурки исчезли мозаичные панно с гербами, рельефные изображения из поливной керамики на русские фольклорно-сказочные сюжеты. Цвет фасада сменился с жёлтого на зелёный. В 1936 году интерьеры вокзала были расписаны художником Г. Григоровичем, а через двадцать лет В. Герасименко расписал кассовый зал, создав там панно «Наша великая Родина».
В семидесятые — восьмидесятые годы XX века наружные стены были выкрашены в зелёный цвет. Реставрация здания, проведённая в 1994—1996 годах российско-итальянской фирмой Tegola Canadese, приблизила здание к дореволюционному виду.