Het station werd gebouwd tussen 1844 en 1851 als eindpunt van de spoorlijn van Moskou naar Sint-Petersburg. Na de dood van tsaar Nicolaas I in 1856 werd het station naar hem Nikolajevski vokzal (Nicolaasstation) genoemd. Het eclectische gebouw met klokkentoren werd ontworpen door de architect Konstantin Thon, die eveneens tekende voor het gelijknamige en sterk gelijkende Nikolajevski vokzal in Sint-Petersburg, het huidige Moskoustation. In 1924 werd het station hernoemd tot Oktjabrski vokzal (Oktoberstation), ter ere van de Oktoberrevolutie; in 1937 kreeg het Leningradski vokzal zijn huidige naam (De Russische spoorwegen hanteren in de dienstregeling echter nog altijd de naam Moskva Oktjabrskaja). In 1950 en in 1972 werd het stationsgebouw gemoderniseerd.