В середине 19 века, после того как первая российская железная дорога, соединяющая Санкт-Петербург с Павловском, была построена и начала работать, было решено начать строительство еще одной железнодорожной магистрали, связывающей столицу, то есть - Петербург, с Москвой. Проект вокзала, с которого паровозы должны были отправляться из Петербурга в Москву, создал известный архитектор того времени К. А. Тон, а работами по его возведению руководил инженер К. А. Желязевич. Внешний вид вокзального здания был "заимствован" у европейский городских ратушей 17-18 веков, а место для его возведения выбрано на Знаменской площади. В те времена эта площадь, которая сегодня носит название площади Восстания, находилась не в центре, а почти на окраине города.
Железнодорожные пути до Москвы прокладывались в течение четырех лет. Участок дороги, связывающий Петербург и Колпино, был готов уже в первый год строительства и движение поездов на нем началось задолго до официального открытия всей железной дороги в 1951 году. Первыми пассажирами новой железнодорожной трассы были военные нескольких императорских полков, отправившиеся в Москву на девяти поездах. После того как все они благополучно прибыли на место назначения, испытать железную дорогу решился сам император Николай I, отправившийся в Москву в роскошно отделанных вагонах вместе со своей семьей и многочисленными придворными. В честь царя новый вокзал и вся ветвь железной дороги "Санкт-Петербург - Москва" получили название Николаевских.
Вокзал, с которого петербуржцы уезжали в Москву, в городе называли "пассажирским домом" - многие путешественники вынуждены были проводить в нем долгие часы в ожидании поезда. Первоначально на вокзале не было ни помещений для хранения багажа, ни буфетов, а билетная касса находилась в другом месте - сперва на Троицком проспекте, а потом на Большой Конюшенной улице. Основная часть помещений вокзала была занята жилыми и рабочими помещениями служащих железной дороги и "императорскими апартаментами", в которых царь и его родственники могли подождать начала посадки на свой поезд, также называвшийся императорским. Располагалось на вокзале и управление Николаевской железной дороги, начальником которого был отец знаменитого путешественника Н. Н. Миклухо-Маклая.
Чтобы сделать Николаевский вокзал более удобным для обычных пассажиров, его пришлось реконструировать. Почти десять лет длилась первая перестройка вокзального здания, в результате которой были расширены залы ожидания и возведен багажный флигель. Стены, отделяющие внутренние помещения вокзала друг от друга и от железнодорожных платформ, заменили открытыми арками.
К началу 20 века Николаевский вокзал потребовалось расширить, так как он уже не мог справиться с огромным количеством пассажиров. Перед архитекторами Петербурга встала серьезная проблема: свободного места вокруг вокзала уже практически не было. Выход из положения нашел архитектор В. А. Щуко, предложивший увеличить площадь здания в сторону железнодорожных путей, что и было проделано по его проекту под руководством инженера А. А. Богородицкого.
После революции Николаевский вокзал и железная дорога до Москвы стали называться Октябрьскими, а Знаменскую площадь переименовали в площадь Восстания. Еще немного позже Октябрьский вокзал стал называться Московским. Тогда же на Октябрьской железной дороге появился первый в России фирменный поезд - "Красная стрела".
Во время Великой Отечественной войны Московский вокзал сыграл огромную роль в эвакуации жителей Ленинграда. После войны на Октябрьской железной дороге возобновилось движение "Красных стрел" и появились другие фирменные поезда - скоростные, оснащенные вагонами с повышенной комфортностью. Здание Московского вокзала еще несколько раз ремонтировалось и перекрашивалось, но в целом его облик остался таким же, каким был после реконструкции по проекту Щуко. Единственным изменением была пристройка к вокзалу вестибюля станции метро "Площадь Восстания". Главный зал Московского вокзала был отреставрирован к празднованию 50-летия революции. В это же время в нем установили памятник В. И. Ленину, выполненный скульптором Л. А. Мессом.
Одним из последних проектов Октябрьской железной дороги было создание "Николаевского экспресса" - поезда, вагоны которого оформлены "под старину", в стиле вагонов 19 века.
Рассказывали, что вскоре после появления на Октябрьской железной дороге фирменного скоростного поезда "Красная стрела" в числе его пассажиров оказался известный партийный деятель 30-х гг. С. М. Киров. Когда "Стрела" прибыла в Тверь - первую станцию по дороге на Москву - начальник поезда решил похвастаться и сообщил Кирову, что они приехали в Тверь на семь минут раньше, чем было запланировано. Однако Киров не разделил его радости по этому поводу, заметив, что поезда должны приходить точно по расписанию. С тех пор "Красная стрела", как, впрочем, и другие поезда Октябрьской железной дороги, может иногда опоздать, но никогда не приходит на место назначения раньше срока.