Die Strecke von Weimar wurde am 1. April und die nach Gotha am 2. Mai
1847 eröffnet. Das
Empfanggebäude
wurde 1848 fertig. 1870 wurde das Gebäude durch einen Flügelbau erweitert. In
den Obergeschossen war die Verwaltung der Thüringischen Eisenbahn Gesellschaft
untergebracht. Bis 1872 mündeten drei weitere Eisenbahnlinien in den Bahnhof
ein. Von 1873 bis 1893 wurden die Bahnanlagen grundlegend umgestaltet. Der
Bahnhof war ein Inselbahnhof mit vorgesetztem Empfangsgebäude. Der alte Bahnhof
befindet sich unmittelbar neben dem alten und ist heute noch erhalten. Er wird
als Verwaltungsgebäude genutzt. 1926 wurden abermals Umbauarbeiten gestartet,
die sich bis 1928 hinzogen.
Nach dem Krieg
wurden die Schäden am Bahnhof beseitigt, 1960/61 die Innenräume modernisiert. Am
28. September 1967 wurden die Elektrifizierungsarbeiten abgeschlossen. Seit 2002
bis Dezember 2008 wurde der Bahnhof komplett umgebaut. Um mehr Platz für
zusätzliche Bahnsteige zu bekommen ist das historische
Inselgebäude abgerissen worden.