新建兰州西站是宝兰客运专线的单项工程，是宝兰客运专线和兰新高速铁路上最大的客运站。兰州西站总建筑面积约23.3万平方米，其中计入站房工程的总建筑面积10万平方米。
站房分为高架候车层、站台层、出站层三层，局部设夹层，建筑总度高度39.55米。功能格局为“南北地上进站、高架候车、地下出站”，旅客流线模式为“上进下出，南北进站，东西出站”。
高架候车层为地上二层，其主要功能为候车、商务休闲。候车大厅东西宽90米，南北长370米，整体面积达到4.4万平方米，东西两侧有A、B进站口各24个，旅客可沿着东西两侧的进站通道直达站台。在候车区内设有直饮供水处、重点旅客候车区、哺乳室、飞天馨路服务台等服务型设施。“飞天馨路”服务台除了为老幼病残孕等旅客提供轮椅、担架、非处方小药箱、工具箱、信纸、针线等服务外，还设有传真复印一体机，为商务旅客提供传真、复印等服务，还会有多名语言服务大使，提供英语、法语、德语、韩语、日语等9种外语和藏、维2种少数民族语言引导咨询服务，全面提升“西部高铁·飞天馨路”品牌的影响力和知名度。卫生间设有更衣室，可以满足旅客更换衣物要求。针对老幼病残旅客需求，设有无障碍卫生间。在候车区高架层设有商业区，可以满足旅客金融、就餐、购物等需求。
站台层为地上一层，其主要功能为乘车集散区域。这一层有售票大厅、实名验票、进站安检等服务设施。动车车票主要通过站房内各自助售票机和网络发售。兰州西站有122个人工自助取售票窗口，其中74个人工售票窗口，48台自助取售票机（其中自动售票机40台，自助取票机8台）。8个售票大厅暂时开放站台层东北角最大售票厅、出发层西北角售票厅和出站层北侧售票厅等三个售票处。
出站层为地下一层，出站旅客从站台通过南北两个出口出站，这一层包括公交车场、公共换乘区、走道及商业开发区。
兰州西站共设有127部电梯，为旅客乘降提供便利，其中扶梯80部、直梯47部。同时，设有旅客求助终端66个，自助查询机27个，进站闸机101个，出站闸机40个，自动售票机40台，自助取票机8台，为旅客提供便捷服务。 车站按一站两场布置，总规模13台28线(含正线)，由北至南分别为普速场、高速场，其中普速场为改建陇海线、兰新线贯通，规模为5台11线(含正线)，其中西端咽喉4条到发线分上、下行与改建兰新线连通，高速场为宝兰客运专线与兰新铁路第二双线贯通，总规模为8台17线(含正线)。
兰州西客站站区规划中有两条城市轨道交通经过，1号线与铁路线路平行，2号线与铁路线路垂直，两条轨道交通在北广场设换乘站。 兰州西站由车站主体和城市配套工程组成，后者分三期实施。
一期工程：包括南北高架车道及其投影的地面及地下部分，总面积约5.23万平方米，项目估算总投资2.9亿元。地下一层包括公交车场、公共换乘区、走道及商业开发；地下二层包括出租车场、社会车场、交通换乘区、走道及商业开发。该项目与兰州西站站房同步建设，2014年底正式投入使用。
二期工程：紧邻兰州西站站房北侧，占地17.9公顷占地约268亩，开发面积约27.6万平方米。包括高架匝道工程、北广场及地下空间开发、西津西路下立交工程、北广场两侧商业开发和环形天桥工程。设计地面公交车标台47个，地下社会车辆泊位597个，出租车泊位280个。项目估算总投资34亿元。
三期工程：紧邻兰州西站站房南侧，占地约210亩，开发面积约23万平方米。包括高架匝道工程、南广场及地下空间开发、南广场两侧商业开发。设计地面公交标台30个，旅游大巴标台30个，地下社会车辆泊位646个，出租车泊位155个。项目估算总投资21.8亿元 。
根据规划，一条宽达120米的南北向景观大道将从兰州西站北广场正中位置直抵南滨河路，其中绿化带和景观设计将占据近一半的空间，而且沿该景观大道至南滨河路后还设计了一座桥梁与安宁相通可通往兰州新区方向。 2014年3月24日，兰州西站主体工程竣工 。
2014年11月3日21时50分，编号CRH5A-5053的“和谐号”动车首次驶入兰州西站 ，停靠20分钟前往民和南站开始兰新高铁的最后一段联调联试。
2014年12月26日，兰州西客站正式通车。
2015年9月30日，兰州至中川城际铁路全线通车运营，其中兰州西客站始发5个车次。
