Для обслуживания Северо-Донецкой железной дороги был построен отдельный вокзал.

Во время Великой Отечественной войны старое здание вокзала было разрушено. Новый вокзал был сооружён в конце 1940-х годов.

Над типовыми проектами вокзалов в послевоенный период работала Архитектурная мастерская «Главтранспроекта». В 1950 году утвердили генеральный план будущего главного Льговского вокзала. Кирпичное здание было рассчитано на 100 человек и обладало всем необходимым для комфортного размещения пассажиров (вплоть до книжного киоска, который оказался крайне востребован проезжающими).

Строительство началось в 1954 и завершилось в 1956 году. Льгов-Киевский попал в число последних вокзалов, спроектированных в стиле советского монументализма — этот стиль также называют сталинским классицизмом или сталинским ампиром. В 1955 году последовало постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР «Об устранении излишеств в проектировании и строительстве», после чего данный стиль ушел в прошлое.