Alla meta del secolo XIX Firenze inaugurava due stazioni ferroviarie che prendevano il nome dai granduchi allora regnanti: la cosiddetta Leopolda, di raccordo fra Firenze e Livorno, e la Maria Antonia, fra Firenze e Pistoia.

     Mentre la prima, situata fuori di porta al Prato, non reco' danni, la seconda, penetrando dentro le mura, giunse vicinissima all'abside di Santa Maria Novella e causa la distruzione del giardino del casino di Valfonda.

     Dopo il 1860 la prima stazione perse d'importanza e tutto il movimento ferroviario del nuovo Stato Unitario si concentra sulla seconda che, vicinissima al centro, era facilmente raggiungibile dalle vie Cerretani e Panzani.

     La storia dell'attuale stazione comincia nel 1930, quando il ministro dei trasporti Costanzo Ciano, dette l'incarico del progetto all'architetto Angiolo Mazzoni, con la precisa condizione di arretrare il nuovo edificio per dare piu' spazio all'abside di Santa Maria Novella.
ll progetto non piacque ai fiorentini e anche il concorso nazionale, bandito nel 1932 ed espletato nel 1933, suscito grandi polemiche.

     Dal concorso emerse, per l'originalita del linguaggio architettonico, ilcosiddetto "Gruppo Toscano", guidato da Giovanni Michelucci:
Firenze ebbe cosi una delle opere pill significative dell'architettura italiana del ventesimo secolo. In realta si deve al "Gruppo Toscano" solo il fabbricato viaggiatori, mentre la centrale termica dal colore rosso vivace, primo edificio che si vede arrivando in treno a Firenze, opera di inconfondibile fisionomia "costruttivista" fu realizzata nel 1934, su disegno di Angiolo Mazzoni, l'architetto sconfitto nel concorso per il fabbricato viaggiatori.

     Di poco posteriore e la "palazzina reale", dovuta a Giovanni Michelucci. L'edificio, pur aderendo alle forme monumentali in auge a quel tempo come ad esempio nel peristilio d'onore che si apre verso i binari qui giustificate dallo scopo tutto particolare cui la costruzione era destinata, si distingue per la misura delle proporzioni e l'armonia degli spazi.

     Nel 1935 fu bandito anche un concorso per le decorazioni ad affresco della palazzina, concorso rimasto senza esisto, nonostante vi avessero partecipato, fra gli altri, Primo Conti e Gianni Vagnetti.
Ad Ottone Rosai tocco l'incarico di affrescare due grandi paesaggi sulle pareti di ingresso al ristorante della stazione. Nella palazzina vennero solo eseguite le decorazioni scultoree: il gruppo in marmo con l'allegoria dell'Arno per la fontana verso via Valfonda, di Italo Griselli, e i due bassorilievi, in stucco, per le pareti del vestibolo con la costruzione della cupola bruneschelliana di Giannetto Mannucci e le difese della repubblica fiorentino di Mario Moschi.

     Oggi la palazzina e sede del "Disco Verde", ufficio delle Ferrovie, che offre servizi ai viaggiatori, mentre le sale di rappresentanza sono adibite a mostre e convegni.
In occasione delle manifestazioni per Italia '90, l'intero complesso della stazione e' stato accuratamente restaurato. Inoltre, a margine, sono stati inseriti nuovi edifici, a completamento di quanto gia esistente; la sala informazioni e' stata l'ultimo intervento di Italo Gamberini, la ristrutturazione del vecchio "buffet" e' di Bianca Ballestrero, la rampa di accesso al binario 16 di Gae Aulenti e Bianca Ballestrero, la pensilina di Cristiano Toraldo di Francia e l'indispensabile parcheggio di Alberto Ortona.