建筑设计以“琅琊新驿、腾飞临沂”为设计理念，整体建筑造型以疾驰的高铁为意向，利用现代设计手法，运用流畅的曲线展现腾飞临沂的面貌，寄寓着城市高速发展的美好愿望，打造富有临沂特色的高铁新城枢纽形象。在总平面设计中，以高铁站房为中心的椭圆形，与周边四处国铁配套用房通过天桥联系，强调站房核心位置及功能，既层次分明又整体连贯，体现临沂市融汇四方的城市魅力。建筑室内形态设计寻求造型与结构的浑然天成，摒弃繁杂的装饰，候车厅吊顶与结构拱桁架走形结合设计，并通过条板、格栅的疏密排布，突出空间通透性和连贯性，将结构之美与建筑之美完整呈现，由内而外渗透出作品的独具匠心，并以此展现临沂追求卓越的城市气质。

候车厅顶面设计，采用了富有曲线美感的拱形穹顶；吊顶结合结构拱桁架走形，并通过条板、格栅的疏密排布，突出空间通透性和连贯性，各个界面（地面、墙面、吊顶）在各个空间中主次分明，各部分的色彩和线条尺量连续和一体化的设计，保证空间的总体风格，从而为旅客提供舒适的视觉氛围，营造人性化感受。

站前广场平面布局呈整体中轴对称，形意皆取自“沂蒙山水”，舒展变化的纵向曲线展现了“沂水”的延绵灵动，同时也隐喻了临沂市“两河三片”的独特城市格局。