Pawilon dworca (al. Jerozolimskie #58) został zaprojektowany w stylu powojennego, socjalistycznego modernizmu. Wyróżnia się nowoczesną architekturą, głównie ze względu na oryginalną konstrukcję dachu, w kształcie kwadratu o dwóch wierzchołkach uniesionych i dwóch opuszczonych. Jest to kształt tzw. paraboloidy hiperbolicznej. Powierzchnia dachu jest wyłożona drobną okładziną z gresu w charakterystyczne biało-czarne pasy [1]. Dach łupinowy tworzy piątą elewację, gdyż jest widoczny z ulicy (dwa narożniki dachu sięgają ziemi). Dzisiaj tego typu architektura kojarzy się z o wiele późniejszym okresem. Autorami projektu PKP Ochota są architekci Arseniusz Romanowicz i Piotr Szymaniak. Zaprojektowali oni także cztery inne warszawskie dworce: Dworzec Centralny, Dworzec Wschodni oraz stacje Powiśle i Stadion [4].

Na obiekt, oprócz wspomnianego pawilonu o wysokości 11 metrów [5] ze szklanymi ścianami o powierzchni 207 m² [3], w którym znajdują się kasy i poczekalnia, składa się też częściowo zadaszony peron z dwoma torami, położonymi blisko siebie (tak blisko, że na stacji nie stają jednocześnie obok siebie dwa pociągi) [2].

Warszawa Ochota jest przystankiem linii średnicowej podmiejskiej, położonym między stacjami Warszawa Zachodnia i Warszawa Śródmieście [9]. Równolegle do przystanku położony jest przystanek Warszawskiej Kolei Dojazdowej Warszawa Ochota WKD [2].

Pomimo, że dworzec nosi nazwę Ochota, usytuowany jest on na terenie Woli. Początkowa lokalizacja dworca przewidziana była po drugiej stronie jako przystanek kolejowy Warszawa Zawisza [15]. Tak też ten dworzec nazywano roboczo [13]. W 2013 roku powrócił pomysł tej nazwy, gdy ZTM zaproponował, aby w celu unifikacji nazw przystanków nazwać dworzec Warszawa Plac Zawiszy. Pomysł jednak odrzucono [2].

Dworzec Warszawa Ochota znajduje się przy Placu Zawiszy (na którym w 1833 roku odbyła się egzekucja Artura Zawiszy ps. Czarny). W 1770 roku utworzono w tym miejscu rogatki miejskie w Okopach Lubomirskiego, a obok nich postał plac postojowy na trasie wiodącej do osiedla Nowa Jerozolima [16]. Był to też teren od dawna związany z koleją, gdyż w latach 1845-1848 oddano do użytku Drogę Żelazną Warszawsko-Wiedeńską. Po jej wybudowaniu ulicę Twardą rozdzieliła linia kolejowa [11][12]. Jednak nie powstała tam zabudowa, gdyż według planów Warszawy z 1856 roku teren obecnego Dworca Ochota zajmowały pola uprawne i łąki [17]

W XIX wieku, w miejscu, w którym obecnie znajduje się PKP Ochota, przebiegało 13 torowisk związanych z położonym nieopodal Dworcem Towarowym i pustym placem między ulicami: Twardą, Widok i Alejami Jerozolimskimi [10].

W 1930 roku przerzucono nad torami dawnej Kolei Warszawsko-Wiedeńskiej wiadukt, przywracając połączenie placu Zawiszy z ul. Towarową.

W 1933 roku została zbudowana linia średnicowa jako trasa kolejowa pomiędzy Dworcem Wschodnim, a Dworcem Głównym w Alejach Jerozolimskich. W dużej mierze przebiega ona przez centrum miasta w tunelu wykopanym odkrywkowo. Przed wybuchem II wojny światowej i w czasie okupacji linia posiadała dwa tory [15].

Budowę dworca Warszawa Ochota rozpoczęto w 1954 roku.

Oddano go do użytku 9 września 1963 roku [2][6]. Główny budynek powstał w latach 1960-1962 według projektu Arseniusza Romanowicza i Piotra Szymaniaka [1] z konstrukcją W. Brzozowskiego i M. Gołębia [7]. Początkowo wejście z peronu na górę ułatwiały schody ruchome (był to test tego typu rozwiązania, planowanego na Dworcu Centralnym [13]), jednak szybko się one popsuły. Całkowicie usunięto je w latach 80-tych XX wieku [8].

Zejście na peron obok budynku dworca miało służyć pasażerom wsiadającym, natomiast schody na ulicę Towarową i wyjście z peronów na kładkę po wschodniej stronie miały służyć pasażerom wysiadającym [15]. W przeszłości funkcjonowało również przejście łączące peron WKD z przystankami tramwajowymi na ulicy Towarowej [15].

W roku 1963 do tunelu średnicowego wprowadzono również tory Warszawskiej Kolei Dojazdowej WKD [15].

W 2008 roku budynek stacji został wyremontowany [2]. Architekci z pracowni MAAS zaproponowali minimalne zmiany, zachowując założenia, kształt i styl architektoniczny [13]. Odnowiono czarno-białą mozaikę na dachu, usunięto stare reklamy, wymieniono szyby. Budynek został przystosowany dla osób niepełnosprawnych, zainstalowano klimatyzację oraz wyremontowano toalety. Obecnie obiekt wygląda tak samo jak w latach sześćdziesiątych. Podczas remontu nie został odnowiony peron, na którym znajdują się nadal budy handlowe [1].

W 2014 roku po ponad 5 latach od zamknięcia spowodowanego złym stanem technicznym rozebrano stare, nieużywane schody, łączące peron podmiejski z wiaduktem ul. Towarowej [1][2].