La Estación se encuentra dentro de la antigua Estación del Norte, diseñada por los ingenieros franceses Biarez, Grasset y Ouliac en el siglo XIX, que desde 1993 ha permanecido cerrada. El edificio, de inspiración francesa, ha sido remodelado de forma integral, pero manteniendo gran parte de sus elementos. Catalogado como edificio singular, está protegido en su totalidad, con lo que las obras de recuperación se han adaptado a sus elementos. Así, se puede volver a disfrutar de su escalera de corte imperial, de sus dos antiguos ascensores (aunque no estarán operativos, sí pueden ser visitados), de sus nueve lámparas originales, de sus dos taquillas o del templete modernista que sirve de cortavientos en la entrada. También se han recuperado los elementos decorativos como escudos, balaustradas o cornisas exteriores.
Otro de los elementos importantes es la sala de autoridades, una pequeña capilla desacralizada muy señorial situada en el sótano, un espacio que fue utilizado por el rey Alfonso XIII o Francisco Franco mientras esperaban el tren.
La Estación está formada por un espacio central que ocupa el propio teatro y las dos torres de Levante y Poniente, la primera destinada a una propuesta de restauración innovadora, oficinas y salas de formación; y la segunda, a un impresionante mirador de 360º con vistas al Palacio Real, la Catedral de la Almudena y la sierra de Madrid. Además, el espacio cuenta con un área exterior de 3.000 metros cuadrados destinada a la organización de todo tipo de eventos y actividades al aire libre, tanto públicos como privados.
