西安北站的建筑设计融合了唐朝建筑大明宫含元殿和西安城墙的元素。

西安北站的屋顶由七个单元体组成，每个单元体中间高起的屋脊处有天窗，优化了车站的结构受力和采光条件。

钟楼建于1384年，原址位于今西大街广济街口，与鼓楼对峙，于1582年整体迁移于今址。