El ferrocarril llegó a Cáceres en los finales del siglo XIX. La nueva estación proyectada en los años de 1950 sustituyó la antigua estación que se situaba en el polígono de Los Fratres y no tenia condiciones para las necesidades de tránsito.

La ubicación en la zona oeste de la ciudad, entonces en expansión pero aún sin urbanizar, pretendía hacer conexión directa con el ramal ferroviario en construcción entre El Casar (línea de Madrid a Valencia de Alcántara) y Cáceres (línea Arroyo a Cáceres) y encuadramiento en la línea meridiana entre Astorga y Zafra. Así, se trataba de mejorar las comunicaciones entre el noroeste y el suroeste de la Península Ibérica y de romper con el aislamiento de la capital de provincia.

La estación de ferrocarriles se localiza en la zona sur de Cáceres, próxima de los limites de la ciudad y junto al edificio en 2023 ocupado por la Comisaria de Policía Local y a áreas residenciales urbanizadas en los años 1990/2000. Se conecta con la Avenida de Hispanidad, una carretera que atraviesa el tejido urbano en dirección al este.

El edificio de viajeros constituí el centro del conjunto: se trata de un bloque de planta rectangular y dos plantas, simétrico, con una nave central y dos cuerpos laterales que terminan en torre; las coberturas son en teja. La nave principal pose tres grandes ventanas sobre las tres aperturas de puertas, con porche translucido, que se repiten en las alas laterales, respectivamente encuadradas. Las ventanas centrales de la fachada posterior tienen vitrales geométricos coloridos, y hay un murales figurativos en el interior. Las fachadas tienen revestimiento de sillería de piedra aparejada. Se adoptó una estética funcional, aislada de los planos iniciales de un estilo cercano del carácter noble medieval de Cáceres. La nave central integra un gran vestíbulo y las taquillas. El programa original destinaba los cuerpos laterales a despachos variados (jefes, secretaría, policía, entre otros), salas de espera, restaurante y correos. 

El conjunto se completa con un funcional edificio de servicios auxiliares, a la izquierda del pabellón central: las fachadas son pautadas por una sucesión ritmada de portones y pequeñas ventanas, y se destaca por un toldo en hormigón en todo el entorno al nivel de la cubierta. El proyecto previa integración de la brigada de policía, lampistería, aseos públicos, bien como dormitorios para el personal de la estación. Además, tiene dos andenes con marquesinas y un puente giratorio de la reserva de locomotoras.