2014年4月10日，太原南站主建筑完工进入调试阶段；6月7日起，大西高速铁路太原南至永济北进入运行试验阶段，开始不载客试运行。7月1日，太原南站投入运营。

2016年4月，太原南站东广场及配套路网工程开工。

2019年7月25日，太原南站东广场投入运营。

2020年8月30日，郑太高速铁路接入太原南站。

太原南站整体建筑形式采用唐朝宫殿斗拱飞檐的形象特征，站房外墙为仿清砖石材幕墙，颇具晋商大院的风韵。站房装饰以雅致的浅灰色为主，地面及墙面分别铺设花岗岩灰麻石材和天然西班牙米黄石材，屋面装饰有铝挂片吊顶。太原南站着重突出“功能性、系统性、先进性、文化性、经济性”原则，建筑风格充分体现“唐风晋韵”和太原作为一个历史文化名城的独特气质。

截至2008年，太原南站占地面积约42.7万平方米，建筑总面积达15.7万平方米，其中客运站房建筑面积4.9万平方米。

截至2013年，太原南站站房按区域分为西站房、高架站房和东站房3个区域。整个站房的进出站通道呈现上、中、下三层立体式分布，包括高架候车层、站台层以及地下出站层。站房整体结构为地下一层，地上两层。

截至2013年，太原南站西站房为主站房，分布有旅客进出站大厅、售票厅、贵宾候车厅等。

截至2013年，太原南站高架站房主要为旅客候车厅，包括候车大厅主通道和两端的旅客候车厅及服务区。

截至2013年，太原南站东站房为辅助站房，站房整体建筑形式采用了国际上先进的单元体结构体系，共由48个巨型“单元伞”构成钢结构屋面。

截至2020年，太原南站站台线路设10个站台22股道。主要办理南同蒲铁路、北同蒲铁路、太焦铁路、石太铁路、石太客运专线和太中银铁路以及太原铁路枢纽西南环线、大西高速铁路旅客列车的始发终到及停站通过作业。

截至2013年，太原南站共设置有三个售票厅，其中，东站房及西站房进站口各设一个售票厅，地下出口通道也设立了一个售票厅（14个窗口），方便旅客不出站就能买到转乘车票。太原南站的售票厅位于进站口北侧，售票大厅右侧是一排自助取票机，中间是人工售票窗口、退改签窗口，左侧是自助售票机。太原南站共有自助售票机20台，自助取票机40台，一部分放置在售票大厅里，一部分在车站地下一层。

截至2019年1月，太原南站建立“婷婷爱心服务区”，为重点旅客提供接送站、爱心帮扶等服务。

截至2018年，太原南站以“智慧车站”为平台推出智能化导航、自助化导乘服务。

截至2014年，旅客需要办理临时身份证，到太原南站西售票厅左侧内办理。

截至2015年，太原南站候车厅中提供以旅客为主要服务对象的购物、餐饮、文娱、短暂休息、邮电、住宿和寄存物品等服务。

2017年春运期间，太原南站共发送旅客75.1万人次，日均发送旅客32651人次，比2016年春运同期日均增加5791人次，增幅为21.6%。

2018年元旦期间，太原南站共发送旅客17.2万人次，日均完成4.3万人次。2018年元旦假日与2017年同比增加旅客发送3.27万人次，日均增加8100余人次，增幅达到23%。

2018年9月28日到10月5日，太原南站共发送旅客近46万人次，日均发送旅客5.74万人次，比2017年国庆日均发送旅客4.5万人次高出了26.7%；其中，10月1日，太原南站发送旅客69800多人。

2019年劳动节期间，太原南站共发送旅客32万人次，日均发送旅客6.4万人次，同比2018年日均增加5103人次，增幅8.6%。其中，5月1日发送旅客73960人次，刷新2018年国庆首日69876人次的纪录。

截至2022年，太原南站设有火车南站、太原火车南站东广场、太原火车南站三个公交站点。通行公交线路如下。

截至2015年，乘客出站后可乘坐公交前往太原汽车站、建南汽车站、太原汽车客运西站、太原迎宾汽车站、太原汽车客运东站乘坐长途汽车。

截至2015年，乘客出站后，可从西、南、北三个方向，去往中央广场、公交车站台、出租车上客区和停车场。而出租车上客区在广场南侧的地面与地下一层的夹层。

截至2015年，通过南中环到达太原南站的车辆，进入南中环与太榆路立交桥，从右侧匝道转弯到太榆路主线，也可以从西侧辅道北街路口，之后左转至向东方向，进入中心街北街东段，最终沿路进入南站社会车辆及出租车场站或地库。通过晋阳街东延段进入太原南站的车辆，可由晋阳街南侧辅道右转进入太榆路西侧辅道，进入太榆路主线，再左转向东进入中心街北街东段，最后到达太原南站社会车辆及出租车场站或地库。从东面驶来的车辆，经过南中环、进入南中环与太榆路立交桥时，走右侧高架匝道转入太榆路由北向南主线，一直由地面道路直行，到中心街北街路口时，左转向东进入中心街北街东段，最终进入南站社会车辆及出租车场站或地库。

预计2024年，太原地铁1号线开通，乘客可在东广场乘坐太原地铁1号线。此外，规划太原地铁3号线在西广场设站。

“婷婷爱心服务区”设立于2014年7月，由蒲婷婷和14名乐于助人的80后青年组成，主要针对老、幼、病、残、孕等重点旅客提供进站引导、出站引导、上车引导、专区候车、特需应急等服务，是太原南站的服务品牌之一，也是以全国铁路劳模、共产党员蒲婷婷为领军人的服务团队，开办有老人区、儿童区、助困区、妈咪小屋，“不怕苦，有热心；不怕累，有恒心；不怕烦，有耐心”是婷婷爱心服务区的服务理念和工作标准，做到每一次服务都明确责任人，全面掌握信息，全过程服务，关注安全，注重细节，确保旅客安全出行、方便出行、温馨出行。

“婷婷爱心服务区”设立以来平均每天为500余名重点旅客提供服务，其中每日推送坐轮椅旅客30余人次，曾获省“巾帼文明岗”、首届全国志愿服务大赛银奖等荣誉。

太原南站是铁路“十一五”规划中石家庄至太原铁路客运专线的重要配套工程，也是山西省第一座高标准、现代化的大型客运车站。建设太原南站对加快建设发达完善的山西铁路网，并与其他客运专线紧密相连，形成辐射范围更广、现代化程度更高、服务人口更多的国家快速客运网也具有十分重要的意义（新华社 评）。