עבודות ההקמה של תחנת "ירושלים מרכז" יכללו הקמת אולם נוסעים עיקרי, אליו תתאפשר גישה מצומת הרחובות יפו, הנביאים וראול ולנברג. מערבית לאולם זה, יוקם אולם נוסעים נוסף בצומת הרחובות יפו, שטראוס והרב אגן. התחנה תכלול שני רציפי-אי מקורים באורך של 400 מטרים, שישרתו ארבע מסילות מחושמלות, אליהן תתאפשר גישה באמצעות 14 מעליות (שמונה מעליות באולם הנוסעים העיקרי ושש מעליות באולם הנוסעים המשני) וארבעה דרגנועים שיוקמו בכל אחת מהכניסות לתחנה ויאפשרו הפעלת כיוונים גמישה בהתאם לביקוש. התחנה החדשה, שתוקם כחלק מהארכת התוואי התת-קרקעי לעיר הבירה, תהיה נגישה לחלוטין עבור אנשים עם מוגבלויות כמו כל תחנות רכבת ישראל, ותאפשר לנוסעים גישה ישירה ונוחה למרכז העיר ירושלים ולאזורי בילוי מבוקשים כמו שוק מחנה יהודה, רחוב יפו והכותל המערבי. בנוסף, שני מבני התחנה יאפשרו גישה לתחבורה הציבורית הענפה הקיימת באזור כמו לשני קווי הרכבת הקלה - הקו האדום הקיים כיום, והקו הכחול שעתיד להיבנות.

הארכת הקו תאפשר הפעלה של 13 רכבות, מדי שעה, לכל כיוון, שיתנו מענה לכ-20 אלף נוסעים בשעה בשני הכיוונים, זאת בניגוד לקיבולת של שש רכבות בשעה המתאפשרת כיום כאשר תחנת הקצה היא תחנת יצחק נבון. משרד התחבורה ורכבת ישראל מקדמים את הארכת תוואי מסילות "דוד המלך" לירושלים כחלק מתוכנית הפיתוח האסטרטגית לשנת 2040 שעתידה לתת מענה לכ-300 מיליון נוסעים בשנה. הרחבת הקו כוללת בנייה של שתי תחנות רכבת חדשות במרכזה של העיר - "ירושלים מרכז" ו"ירושלים חאן".