Железнодорожный вокзал станции Нижний Тагил обслуживает поезда, следующие по направлению «Пермь-Чусовая-Гороблагодатская-Свердловск». Через железнодорожный вокзал города Нижний Тагил курсируют поезда в направлении Екатеринбурга, Новороссийска, Соликамска, Москвы, Приобья, Березняков и других населенных пунктов.
Первое здание Нижнетагильского жд вокзала было построено в 1878 году и представляло собой небольшое деревянное помещение, в котором располагались: зал ожидания, кассовый зал, ресторан. Здание нового железнодорожного вокзала Нижнего Тагила, строительство которого было начато в 1956 году, было сдано в эксплуатацию в 1966 году.
Нижнетагильский вокзал располагает двумя этажами и подвальным помещением общей площадью более шести тысяч квадратных метров. На первом этаже жд вокзала Нижнего Тагила имеются: кассовый зал на 13 билетных касс, зал ожидания транзитных пассажиров, ресторан, вестибюль, воинский зал. На втором этаже расположены: транзитный зал ожидания, комнаты матери и ребенка, комнаты длительного отдыха, детский зал. В 2005-2006 годах вокзал был обновлен. Ежесуточно Нижнетагильский жд вокзал способен обслужить примерно 4500 пассажиров.