L'architecte Léonce Reynaud reçoit en 1846 la commande de la création d'une gare afin d'accueillir les voyageurs empruntant la nouvelle ligne ferroviaire Avignon-Marseille.
Elle est construite en forme de U: deux halls (entrée et sortie) qui enserrent le bâtiment central. Une immense verrière recouvre les voies.
Elle communique avec le centre ville (boulevard d'Athènes) par un escalier monumental construit en 1925 et classé monument historique.