Железнодорожная станция в городе появилась в 1864 году, когда по ходатайству наказного атаманавойска ДонскогоМихаила Хомутова на имя военного министра была построена железная дорога Аксай-Новочеркасск-Александровск-Грушевский (ныне — Шахты). Это предложение атаман Хомутов обосновывал необходимостью доставлять уголь от разработок, расположенных в районе нынешнего города Шахты (тогда – станица Грушевская), к баржам на Дону. Уже в середине мая 1860 года был издан указ о строительстве Грушевско-Донской железной дороги. Для строительства был учреждён специальный комитет. Ответственным за строительство дороги был назначен инженер-полковник Области войска ДонскогоВалериан Александрович Панаев. Строительство началось 2 апреля 1861 года[2].
Крупные новочеркасские промышленники и торговцы взяли на себя задачу снабжения стройки шпалами и металлическими материалами. Подвижной состав, гидравлические подъёмные краны и паровые машины были закуплены в Бельгии. Строительство магистрали не раз становилось предметом критики со стороны новочеркасских казаков. Они заявляли, что железная дорога будет мешать выгону скота, стеснит казачью столицу, отрежет все пахотные и сенокосные места от снабжения водой в реке Грушевке. 364 новочеркассца поставили подпись под протестным документом. Однако народная петиция никакого действия на ход работ не оказала. Торжественное открытие дороги, соединившей станицы Грушевскую и Аксайскую (ныне - Аксай) состоялось 29 декабря 1863 года, а регулярное движение поездов началось 1 января 1864 года. С 1 февраля движение по дороге стало ежедневным, кроме воскресенья. Поезд из Новочеркасска в Грушевскую отправлялся в 14:15, а из Грушевской в Новочеркасск в 15:30. Состав был сборным и состоял из вагонов для перевозки грузов и пассажирских вагонов[2].
В 70-х годах XIX века дорога была продлена до Москвы. Сейчас через город проходит важнейшая железнодорожная магистраль (двухколейная, электрифицированная переменным током), которая связывает центр страны с Северным Кавказом[3]. Первоначально в Новочеркасске был построен вокзал из дерева, на его месте в скором времени было возведено двухэтажное каменное постоянное здание. Во время войны оно было разрушено. Здание железнодорожного вокзала был отстроено заново в начале пятидесятых годов, оно служит пассажирам и сегодня[2].
Через станцию Новочеркасск, ст. Новочеркасск курсируют поезда в направлении таких населённых пунктов, как: Анапа, Санкт-Петербург, Новороссийск, Иркутск, Ейск, Санкт-Петербург, Адлер, Екатеринбург, Тамбов, Москва, Мурманск, Пермь, Киров, Москва, Барнаул, Москва, Архангельск, Владикавказ, Нижний Новгород, Калининград, Москва, Гомель, Минск, Гродно, Череповец, Варна, Воркута, Усинск, Москва, Челябинск, Ростов-на-Дону, Минеральные воды, Грозный, Самара, Сухум, Нальчик, Симферополь, Ставрополь, Сочи, Кисловодск, Тольятти.
В графике 2020 года через станцию курсируют следующие поезда дальнего следования: