Fue proyectada en 1906 por el joven arquitecto valenciano, Demetrio Ribes, para sustituir a la pequeña estación neoclásica, construida en 1851 por el ingeniero inglés James Beatly. Tras diez años de obras se inaugura oficialmente el 7 de agosto de 1917. El diseño de la cubierta o marquesina fue obra del ingeniero Enrique Grasset, una gran estructura metálica única sobre apoyos mínimos. Con una altura de 24, 5 metros y 45 de luz, la marquesina se encontraría sobreelevada respecto a las alas laterales.
Sus planteamientos arquitectónicos estaban muy cercanos al movimiento Arts and Crafts "la totalidad del entorno humano, una obra de arte"...; constituyendo un espacio arquitectónico en el que la ornamentación, y el mobiliario formaran un conjunto indisoluble. Un diseño unitario y representativo de la ciudad en el que predominarían los motivos decorativos valencianos en barandillas, picaportes, vidrieras o incluso en los remates almenados, que reproducen las mismas coronas que rematan los mármoles de las fachadas de otros edificios civiles.
Su autor, Demetrio Ribes, consiguió que la estación reflejara en gran medida la imagen y personalidad de la ciudad, así como las características del país, utilizando para ello elementos decorativos autóctonos y singulares propios del modernismo. Mención especial merecen aquellos elementos decorativos realizados en cerámica por su peculiar belleza.