太原南站的设计融合了深厚的文化内涵与现代化的科技元素，展现出独特的"唐风晋韵"风格。站房的建筑结构汲取了唐朝宫殿斗拱和飞檐的灵感，通过精美的仿清砖石材幕墙，传递出山西传统民居的雅致，体现历史名城的特色。
站房布局为上、中、下三层，高架候车层是站房的主体，设有宽敞的候车大厅、旅客候车厅（按软席、普通、团体、母婴及残障区划分）以及商业和服务区，包括餐饮和咨询设施，总面积达到28403平方米。站台层为20米宽，配备无柱雨棚和进站广厅，两侧各有8个出口，设计考虑到了旅客的出行便捷性。
在人性化设施方面，站台安装吸声设备降低火车噪音，出站通道和墙面也进行了吸声处理，采用低辐射玻璃和特殊处理的地面，既保证了旅客的舒适度，又降低了空调负荷。站房智能化设计融入了旅客引导、电视监测、报警联动等系统，提升了车站管理效率。
站前广场设计上，西广场作为主要客流聚集地，靠近晋阳街，东广场则面向北营北路，两者通过专用通道连接，形成交通环线。公交、出租和接送车区域位于西广场地下，方便旅客快速离开。整体设计兼顾了历史文化和现代需求，为旅客提供了高效、舒适的出行环境。
新建太原南铁路客运站位于太原市小店区北营，东临过境高速公路，西接武宿国际机场，南依南环高速公路，北靠长风大街，地处国家级太原高新区、经济技术开发区及武宿物流区等三大园区交叉辐射的核心地段。占地面积45公顷，站房主体结构为地上两层地下一层，建筑面积约20.06万平方米，其中客运站房建筑面积5.5万平方米以上，车场规模为10台22线，设计年发送旅客量可达4000万人次以上。工程投资估算总额约30亿元以上，由铁道部和山西省共同出资建设，建设工期两年。是山西省内第一座高标准现代化的大型铁路客运站，太原市标志性建筑之一。