Nádraží měla původně opravit podle záměru z roku 2004 italská firma Grandi Stazioni. Od projektu ale v roce 2010 odstoupila, když se ukázalo, že stav karlovarského nádraží je tak špatný, že jeho oprava prakticky už není možná a je v podstatě nutné postavit budovu znovu. ČD se poté projektu ujaly. Navržená dvoupodlažní budova tvarem připomíná ledvinu a zahrnuje také prosklenou dvoranu. V horním patře, odkud bude vstup na nástupiště, bude ČD centrum. Budova nabídne také prostory pro komerční služby. Autorem projektu nového Horního nádraží je architekt Petr Franta (doplněno Stavbaweb).
