В середине XIX века в Петербурге появилась первая железная дорога, соединившая Санкт-Петербург с Царским селом. В 1853 году приступили к созданию еще одной ветки железной дороги, названной сначала Петергофской. Она соединяла Санкт-Петербург с Петергофом. Позже эта линия была продлена до Ораниенбаума, и затем до Нарвы и Ревеля (Таллина). Эта линия железной дороги стала называться Балтийской.
Строительство дороги пришлось на тяжелое время: Россия тогда вела Крымскую войну, финансирование было сокращено, и строительство почти остановилось. Один из богатейших петербуржцев барон А. Штиглиц взял на себя финансирование предприятия, и строительство было продолжено.
На набережной Обводного канала в то время уже строился Варшавский вокзал. Невдалеке от него, в некотором отдалении от набережной в 1853 году приступили к строительству вокзала. Автором проекта Петергофского вокзала был архитектор А. И. Кракау, взявший за образец Восточный вокзал в Париже. Фасад вокзала расчленен на три части: центральная часть здания заглублена и взята в каре боковыми флигелями. В одном были расположены службы: кассы, багажное отделение, служебные помещения. Другой был изолирован от всех помещений вокзала и служил для приема императорской семьи. Центральная часть здания украшена башенками, большим полукруглым витражом, в который вмонтированы часы фирмы Буре. Часы сейчас переведены на электрическое питание и продолжают работать. Здание очень украшают также высокие с арочным завершением двери, которых 5. По обе стороны дверей - по два окна, повторяющие форму дверей и создающие иллюзию широкого входа.
В 1857 году Петергофская железная дорога была открыта, и 21 июля по ней прошел первый поезд из Санкт-Петербурга в Петергоф. Поезд был в пути 1 час 10 минут. Пассажирами его были высокопоставленные лица Петербурга и среди них барон Штиглиц. Дорога быстро стала популярной, вдоль нее стали возникать дачные поселки. Хотя экологическая обстановка в те времена была гораздо благополучнее нынешней, петербуржцы всегда стремились выехать сами и вывезти своих детей из города на лоно природы. По этой дороге часто ходили «царские поезда», в которых Николай I, Александр II и следующие государи выезжали в свою петергофскую резиденцию.
В 1864 году линия была продлена до Ораниенбаума, а в 1872 году линия была уже соединена с прибалтийскими Балтийский вокзал в Санкт-Петербургегородами, Нарвой и Ревелем (Таллином). Линия с этого времени стала называться балтийской, равно как и вокзал, с которого поезда уходили в этом направлении. Переименование вокзала состоялось при торжественной встрече первого поезда из Ревеля.
Сильное увеличение пассажиропотока вызвало необходимость реконструкции вокзала, несколько изменившей облик вокзала. Вокзал был снабжен электрической линией, и в 1933 году с Балтийского вокзала Ленинграда выехала первая в России электричка. Вокзал стал принимать и отправлять только пригородные поезда. Интересно, что разработка проекта перевода поездов на электрическую тягу была начата в самом начале ХХ века, но ввести в жизнь эту разработку не успели: помешала Первая мировая война и революция. К осуществлению проекта вернулись в тридцатых годах прошлого столетия. Результатом работ по осуществлению проекта и была первая в России электрическая линия на Балтийской железной дороге.
В 1955 году к зданию Балтийского вокзала пристроили павильон станции метро «Балтийская». Предполагалось сделать такую же пристройку с другой стороны здания, но по какой-то причине этого сделано не было.
В 1949 году на площади перед вокзалом был установлен памятник Сталину. Сейчас в центре площади разбит сквер.
Наверное история всякого вокзала содержит печальные страницы железнодорожных катастроф. Есть такие страницы и в истории Балтийского вокзала. В конце XIX века на Балтийской железной дороге столкнулись два поезда, шедшие из Ораниенбаума и Гатчины. Причиной катастрофы оказался сильный туман, из-за которого гатчинский поезд вынужден был остановиться. Жертв могло бы быть гораздо больше, если бы не желание многих пассажиров выйти и размяться после долгого сидения в вагоне на свежем воздухе. Увидев мчавшийся на них поезд, они разбежались в разные стороны и тем спасли свои жизни.
Еще одна катастрофа произошла в 2002 году, когда электричка, проходившая обкатку после ремонта, вылетела на платформу. Несколько человек при этом погибли, несколько - были ранены.
