Znajdujący się przy ulicy Dworcowej okazały gmach tarnowskiego dworca kolejowego jest trzecim z kolei budynkiem stacyjnym na tym miejscu. Jako pierwszy powstał prowizoryczny jeszcze budynek, związany z otwartym w 1856 roku odcinkiem Kolei Karola Ludwika, łączącym Tarnów z Bochnią i Dębicą. W latach 1859-1861 zbudowano stały już, okazały, wieloczłonowy dworzec kolejowy w stylu neorenesansowo-tyrolskim. Gdy w 1892 roku kolej żelazną, prowadzącą już ze Lwowa przez Przemyśl, Tarnów i Kraków do Wiednia upaństwowiono, rozpoczęła się jej modernizacja. I tak w latach 1906-1910 powstał obecny, bardzo reprezentacyjny gmach dworcowy.
Tarnowski dworzec należał do najokazalszych obiektów tego typu w Galicji. Zbudowany w oparciu o projekt E. Baudischa z wiedeńskiego Ministerstwa Kolei Żelaznych prezentuje się jako wieloczłonowa barokowo-modernistyczna budowla przypominająca wielkopańską barokową rezydencję. Składa się on z uszeregowanych symetrycznie w jednej linii trzech dużych pawilonów, dwóch skrajnych budynków oraz czterech piętrowych łączników, poprzedzonych obszernym placem dworcowym. Dominującym elementem tak ukształtowanego założenia przestrzenno-architektonicznego jest znajdujący się na jego głównej osi imponujący rozmiarami, nakryty kopulastym dachem mansardowym pawilon głównego westybulu. Po jego obu stronach znajdują się dwa podobne doń, ale nieco mniejsze pawilony mieszczące niegdyś luksusową restaurację i poczekalnię pierwszej klasy. W dwu skrajnych budynkach były niegdyś pomieszczenia biurowe, pocztowe, bagażownia, oraz mieszkanie naczelnika stacji.
Wszystkie główne pomieszczenia, a przede wszystkim obszerny westybul, będący najbardziej reprezentacyjnym wnętrzem budynku stacyjnego zwracały na siebie uwagę nie tylko swoją architekturą, ale także bogatym eklektyczno-secesyjnym wystrojem. Składały się nań ozdobna stolarka drzwi i okien wypełnionych witrażami, sztukaterie, wzorzyste posadzki, oraz mosiężne kandelabry, kinkiety i różnego rodzaju okucia, a nadto rozwieszone na ścianach dużych rozmiarów obrazy z górskimi widokami Tatr i Pienin, z których cztery zachowały się do dziś. Przetrwały też osłaniające perony wiaty o żelaznej konstrukcji i ozdobnych żeliwnych kolumnach.