Swój bieg zaczyna od skrzyżowania z ul. Juliusza Słowackiego. Następnie biegnie obok budynku nowego Dworca PKP, dworca autobusowego (plac Wilhelma Szewczyka), pod dworcową estakadą, krzyżuje się z ul. Młyńską (dawniej Mühlstraße), ul. Pocztową, ul. Św. Jana i ul. Dyrekcyjną (deptak). Kończy swój bieg przy skrzyżowaniu z ulicami Andrzeja Mielęckiego i Mariacką Tylną, za którym zamienia się w deptak (jako ul. Mariacka). Kwartał ulic: Św. Jana, Dworcowa, Mariacka, Andrzeja Mielęckiego, Stanisława i Starowiejska w zamyśle władz Katowic ma się stać tzw. "małym rynkiem".

U zbiegu ulic Dworcowej i Pocztowej powstała pierwsza przychodnia w Katowicach (w budynku zwanym Białą Willą). W latach międzywojennych pod numerem 5 swoją siedzibę miała dyrekcja kolei, a pod numerem 9 − "Bar Bufet", którego właścicielem był Jan Strużyna. Przy ul. Dworcowej do 1939 działały: kawiarnia Grang (ul. Dworocwa 11), sklep z wódkami Destylacja Filipa Taterka (ul. Dworocwa 17), hotel "Central" z 30 pokojami (ul. Dworcowa 11), restauracja "Kaiser-Automat" Karola Kriegera (ul. Dworcowa 11), restauracja Monopolowa (ul. Dworcowa 7), jadłodajnia Mleczarnia Zdrowia (ul. Dworcowa 13), Bank Agrar u Commerzbank (ul. Dworcowa 13), Dresdener Bank (ul. Dworcowa 3), Kolejkowa Kasa Oszczędności (ul. Dworcowa 18, Książnica Śląska − antykwariat i wypożyczalnia książek (ul. Dworcowa 18). W hotelu "Central" (obecnie "Diament") początkiem lat dwudziestych XX wieku swoją siedzibę miał Niemiecki Komisariat Plebiscytowy.
W 1945 powstała Dworcowa Kawiarnia i Restauracja pod numerem 9, bar Cristal (pod numerem 14), kawiarnia Skala (pod numerem 13). W latach sześćdziesiątych XX wieku pod numerem 9 istniał antykwariat Domu Książki.
Planowana jest budowa parkingu podziemnego w rejonie ulicy Dworcowej i starego dworca. Planowane jest również wybudowanie pawilonu promocji stolicy województwa i przebudowa ulicy. Na ulicy Dworcowej świętowano 140-lecie Katowic.
W ramach przebudowy katowickiego dworca przebudowywany jest węzeł komunikacyjny w rejonie ulic Pocztowej, Dworcowej i Świętego Jana. Prace w ciągu ulicy Dworcowej rozpoczęły się 24 stycznia 2011. Oferty do przetargu na przebudowę tzw. "węzła wschodniego" firmy mogły zgłaszać do 4 maja 2011.