依据广州铁路枢纽规划（2016—2030年），广州白云站是
广州铁路枢纽“五主三辅”（以广州、广州东、广州南、佛山西、广州白云站为主，以广州北、南沙、新塘站为辅）客站布局的主要客站，建设内容包括棠溪站及相关线站改造、配套机辆设施及其他配套设施、京广高铁联络线等相关工程。
广州白云站枢纽综合开发范围为105公顷，东至西苑路，西至石槎路，北至规划金碧南路东延线，南至德康路。研究范围为7.50平方公里，东至机场高速，西至石井河，北至黄石西路，南至德康路、岗贝路。根据该招标公告，棠溪站还将开展“零换乘一体化”枢纽站场交通规划专题研究。
2016年，国家发改委与广东省、
广州市政府签署了《国家发展改革委、广东省政府、广州市政府关于共建综合交通枢纽示范工程的合作框架协议》，明确了广州建设综合交通枢纽四项重点任务，其中最受关注的任务之一即是新建广州白云站和广州火车站的改造工程。
新建的广州白云站将承担现广州火车站的所有普客业务，预计2023年建成，配套有广州地铁12号线、立体多元交通枢纽、物流分拣中心和大型商业建筑群。建成后，
广州火车站主要承担高铁（城轨，动车）业务。
