La estación, situada en una zona estratégica de la ciudad (en diálogo con el teatro Arriaga y su entorno), se inaugura en 1902, según los proyectos del ingeniero Valentín Gorbeña, de 1893, y Severino Achúcarro, que en 1898 diseña las fachadas, tratándolas como una gran escenografía visible desde la parte vieja de Bilbao.

La fachada está decorada con un original juego cromático. Es una singular muestra de colaboración de arquitectura e ingeniería, basada en la estación de tipología berlinesa, llamada “tipo isla”, y los cargaderos de las bocas de mina. La aportación arquitectónica de Achúcarro permitió dar forma y expresión al contenido ferroviario de la estación, dotándola de carácter urbano y monumental. La estructura metálica vista está presente tanto en el vestíbulo como en el conjunto de la edificación. Y una cubierta curva (rematada la cabecera en una rotonda) sustituye las marquesinas que encubrían las vías en la época del tren de vapor. El espacio de espera, poco habitual en la arquitectura ferroviaria, se configura como un mirador sobre el casco viejo, y se remata con un edificio de oficinas. Ha sido reformada por el arquitecto Yago Bonet Correa, recuperando su esencia original; potenciando la zona del vestíbulo, recuperando la estructura metálica vista original. IMB Arquitectos ha realizado la última reforma.