既有义乌站站房于 2006 年投入使用，建筑面积约 1.78 万平方米。近年来，铁路部门围绕 " 联网、补网、强链 " 加快推进新线建设，途经义乌站的杭温高铁、甬金铁路等一批新线路有序开通运营，叠加客流稳步增长，原站房客运功能无法适应旅客出行需要，站房改扩建列入规划。
2022 年 11 月，义乌站改扩建项目开工建设，拆除既有义乌站站房、进站天桥和部分站台雨棚，新建站房，对站场规模进行适度扩容。新站房长约 510 米、宽 130 米，按高架候车层、高架夹层、站台层、站台夹层、出站层分层设置，旅客流线为上进下出模式。其中，南侧站房为线侧 + 高架站房形式，与站前交通综合体衔接，共同构成 " 义乌之门 " 整体造型。
该造型两侧实、中间虚，两侧实体上部进行横向连接，似义乌货郎担，寓意传承和弘扬 " 鸡毛换糖 "" 买卖全球 "" 世界货地 " 的商业文明。北侧站房为线侧 + 高架站房形式，与站前北广场协调设计，以 " 四海通达星球脉动 " 为设计理念，整体如展翅腾飞的金乌，形体与南站房呼应，造型既呈 " 金乌腾飞 " 之祥瑞气象，又以流线勾勒出时代脉动。
在文化设计上，新站房运用国内首个候车空间分色导视系统，用定制的专属顶棚颜色区分不同候车区。新站房候车空间共分沪昆（甬金）普速、沪昆高速、杭温高速三个候车区。
沪昆（甬金）普速候车区顶棚青瓷蓝承载千年青瓷文化与科创精神，沪昆高速候车区顶棚竹韵绿彰显江南生态风貌，杭温高速候车区顶棚金丝黄呼应丝路商贸繁荣。
站房还以义乌城市文化品牌标识 " 有情有义、世界义乌 " 为主题，将城市标志、非遗工艺、物产文化等元素融入站房装饰细节，通过艺术标识、空间造型、材质工艺的一体化设计，实现交通功能与文化展示的深度融合，生动诠释义乌 " 勤耕好学，刚正勇为，诚信包容 " 的城市精神与国际化商贸城市气质，让新义乌站既有科技便捷，也有人文温度。
义乌现有常驻外籍客商近 4 万人，日均约千名外籍旅客在义乌站进出。车站以打造 " 一座有情有义的国际化高铁站 " 为目标，升级客运设备设施，开通南北两个进站通道，其中南侧进站厅设 10 个安检通道，北侧进站厅设 6 个安检通道，候车大厅内配备机器人、翻译机等智能化服务设备，引导标识使用中英双语。同时，创新服务举措，依托 " 有情有义 " 雷锋服务站、暖心时光邮局等特色服务载体，为旅客提供安全高效、舒适温馨、文化浓郁的高品质出行体验。
