Как было принято на железной дороге, в здании вокзала проживали начальник вокзала и главные служащие этого участка железной дороги. Когда в 1907 году власти объявили конкурс на новое здание Николаевского вокзала, в число обязательных условий входило проектирование квартир для чиновников железной дороги. Первым начальником Николаевского вокзала власти назначили инженер-капитана Николая Ильича Миклуха (1818-1858), выпускника Корпуса инженеров путей сообщения и строителя Николаевской железной дороги. Он стал и первым обитателем квартиры в здании вокзала. В 1856 году Николай Ильич потерял эту должность из-за благородного поступка - капитан отправил Тарасу Григорьевичу Шевченко 150 рублей помощи. Поэта, по решению властей, утвержденному императором Николаем I, сослали рядовым в Оренбургский край, строжайше запретив что-либо писать и рисовать. Тарас Григорьевич получил освобождение в 1857 году, то есть уже после смерти Николая I.
За этот шаг Н.И. Миклухе грозило судебное преследование, но все обошлось отставкой и отправкой его в Новгородскую губернию на строительство очередной железной дороги. Первый начальник Николаевского вокзала умер от чахотки в возрасте сорока лет, оставив жену с пятью детьми. Супругой Н.И. Миклухи в 1844 году стала Екатерина Семеновна Беккер. Из детей самым известным стал, конечно, Николай Николаевич Миклухо-Маклай, прославившийся путешествиями по Юго-Восточной Азии, Океании и Австралии. Как и отец, он рано ушел из жизни, скончавшись от тяжелой болезни в возрасте сорока одного года.
В 1868 году Николаевский вокзал реконструировали, и пассажирский терминал получил новое здание (флигель) для приема багажа. На исходе века, в 1895-1898 годах, со стороны Лиговки рядом с вокзалом возвели здание для отделения Николаевской железной дороги - Конторский корпус (Невский пр., 85, литера 3). Трехэтажную постройку из красного кирпича на высоком цоколе спроектировал архитектор Антон Антонович Клевщинский (1845-1902). Центр постройки выделен более высоким, чем остальная часть, ризалитом, основной вход в здание в виде арки устроен со стороны вокзала.
В начале XX столетия возникла необходимость в коренной реконструкции Московского вокзала: он, как и старый, Царскосельский, уже не отвечал современным требованиям и возросшему числу пассажиров. Но изменениям помешала Первая мировая война, и постройка архитектора К.А. Тона сохранилась на Знаменской площади.
Серьезная реконструкция вокзала прошла в 1960-е годы, когда этот важный и перегруженный пассажирами железнодорожный терминал получил новый световой зал (открыт в 1969 г.) на месте дебаркадера, еще раньше, в конце 1950-х годов, возведено крыло со стороны Лиговского проспекта, с фасадом, стилизованным под основное здание. Здесь открыли второй вестибюль станции метро «Площадь Восстания». В 1976 году площадка между вокзалом и перронами получила металлический навес. Последняя большая реставрация Московского вокзала прошла в 2002 году.
О работах на Московском вокзале 14 июня 1960 года сообщала главная городская газета «Ленинградская правда»: «Сегодня на Московском вокзале. Продолжается реконструкция Московского вокзала. С правой его стороны возводится еще одно крыло, обращенное к Лиговскому проспекту. Сейчас уже сооружается четвертый - последний этаж этого крыла. В первом этаже разместится вестибюль станции метро „Площадь Восстания, в верхних этажах -служебные станционные помещения. Отделка вестибюля метро начата. Внутри он облицовывается темно-серым мрамором, снаружи - золотистым известняком.
Работы по реконструкции Московского вокзала и его путей должны быть завершены уже в этом году. Строительство новой части здания позволит расширить пассажирские помещения вокзала. Сейчас идет оборудование двух залов ожидания на 700 мест каждый, гостиницы для транзитных пассажиров на 75 мест.
Реконструкция Московского вокзала и его путей создаст пассажирам очень много удобств, значительно улучшит эксплуатационную работу станции (ЛенТАСС)». Новые, измененные интерьеры вокзал получил в 1950-1952 годах, а их проект составил архитектор Владимир Иванович Кузнецов при участии инженера И.А. Рыбина. Проходное помещение зодчие превратили в зал ожидания, ныне - Мраморный зал, получивший торжественную отделку в стиле советского традиционализма, с обилием барельефов и большим плафоном. Над лепниной вокзала работали известные мастера - скульптор Вера Васильевна Исаева (1898-1960) и художник Жермен Яновна Меллуп (1919-1973).