La gare fut construite en 1883, permettant à la ville d’intégrer le réseau ferroviaire. La première gare est construite selon le plan type dressé par les ingénieurs de la Compagnie des Chemins de Fer de l'Ouest.
Dans les années 30, une nouvelle gare moderne et plus vaste est construite. Le bâtiment se veut résolument moderne tout en gardant l'identité du patrimoine breton. Ainsi, l'architecture en béton est ornementé d'éléments inspirés des traditions celtiques. Deux peintures murales évoquent la ville de Dinan et ses principaux monuments historiques, l'autre le réseau ferroviaire Breton…
Un petit musée du rail est aménagé à l’intérieur.