2007年，原铁道部启动对哈尔滨铁路枢纽的优化调整方案，并按照客运系统布局的需要来规划在哈尔滨西向建立哈尔滨西站。2009年7月5日，哈尔滨至齐齐哈尔铁路客运专线暨哈尔滨西站建设动员大会在哈尔滨举行。上午10时，哈尔滨西站开工建设。2011年8月29日，哈尔滨西站正式落成。车场按横列式一站两场布置，分为东西两个站前广场，投资总额70多亿元人民币。2012年12月1日，哈尔滨至大连高速铁路开通运营仪式在哈尔滨西站举行。上午9时，和谐号列车D502次高速动车组驶离站台奔赴大连，宣告了世界上第一条穿越高寒地区、跨越东北三省的高速铁路正式上线运营。2014年10月9日，哈尔滨西站普速场正式开通运营，首批6趟普通旅客列车陆续在哈尔滨西站停车并办理客运业务。2014年12月10日，由哈尔滨始发开往武汉的G1276次高速动车于哈尔滨西站正式发车，历时14个小时38分钟之后于当天夜里抵达武汉站，这是中国最北部的省会与华中地区首次实现客运列车的当日抵达，与此同时，这条往返于武汉和哈尔滨之间的高铁线路总里程也刷新了“哈沪高铁”2421公里的世界最长高铁记录。2017年1月3日，哈尔滨西站北广场正式投入使用，旅客可在北广场内实现铁路、公交、出租车、私家车等多种交通方式的“零换乘”。2017年10月9日，哈尔滨西站北广场落客区通往铁顺街的引桥建成通车。至此，驾车经由铁顺街仅用10分钟左右便可从哈尔滨西站候车厅北入口到达哈尔滨站北站房，形成两站之间的快速通道。