臺中車站於台灣日治時期明治38年（1905）設立，
第一代「臺中停車場」位在橘町三丁目22番地（今日車站的西南側），
是日式木造建築，首任站長為塚澤力太郎。
明治41年（1908）4月20日，臺灣縱貫鐵路全線通車，
站區興建火車頭的機關庫，站內設臺北保線區臺中派出所，
同年10月在臺中公園舉行通車典禮，
日本皇室閑院宮載仁親王來臺參加，
湖心亭即是當時為慶祝鐵道開通所建。
明治44年（1911）臺中進行市區改正都市計畫，
形塑了今日站前街道輪廓，也因為都市的發展，
舊站房逐漸不敷使用而進行重建。
大正6年（1917）3月31日，第二代「臺中驛 」完工，
由臺灣總督府交通局鐵道部工務課設計，車站主體為紅磚造，
屋頂為洋式木構造，月台則為鑄鐵構造，
與臺灣總督府（今總統府）同為
「後期文藝復興風格」辰野式建築。
同年9月，車站外緣木造迴廊完工，基座、柱頭、及橫梁接頭均有裝飾，
入口處亦有雙柱等變化。
隨後在大正12年（1923）4月皇太子裕仁（後為昭和天皇）抵臺中巡視，
官員、民眾於車站列隊歡迎。
昭和10年臺灣中部發生地震，站房嚴重受損，
二次大戰時亦在空襲中受損。
戰後時期1949年，由於客運量增加，
就在車站右翼仿造原樣式、材質進行擴建，於隔年完工。
1995年中華民國內政部指定臺中車站站體與月台為二級古蹟（今為國定古蹟），
然而在1999年臺灣發生九二一大地震，
車站再次面臨嚴重損傷，
站體以鋼骨及鋼板作為安全補強。
在2004年得到九二一重建會補助，歷經13個月整修，
於2005年11月5日修復完工。
完工後的車站，將原本的「台中車站」4個大字及大時鐘都拿掉，
重現車站剛落成時的風貌。
2009年起臺中鐵路高架化工程隨後於2012年9月在第二代車站
東北側進行高架站房新建工程。
臺中鐵路高架化原預計於2015年底第一階段通車，歷經數次延宕，
第三代臺中車站在2016年10月16日正式啟用，
與豐原、潭子、太原、大慶車站一同啟用，
自此開始各級列車切換行駛於高架軌道，
位於地面的平交道與地下道將陸續拆除或填平。
濃厚的文藝復興巴洛克式建築，
中央為山牆式設計，五頂由青銅片拼成，
成為台中最重要的地標之一。
