À l’arrivée du chemin de fer, en 1843, Orléans n’est doté que d’un simple embarcadère. Détruit en 1902, le bâtiment est remplacé par une véritable station, elle-même fortement endommagée pendant la Seconde Guerre mondiale.
L’ancienne gare disparaît en 1965 au profit d’une gare conçue par l’architecte J.-B. Hourlier. Un bâtiment accueillant le buffet donne rue Saint-Yves. Le hall ouvre place Albert-Ier. Parallèlement, une première tranche de construction est entreprise sur les espaces dégagés. Dans les années 1980, l’édification du Centre commercial Place d’Arc, de la gare routière et des parkings achève l’urbanisation du quartier. La façade de la gare se trouve alors cachée par le nouvel ensemble.
En 2003, les travaux pour la construction de la nouvelle gare sont lancés. Imaginée par l’architecte J.-M. Duthilleul, le hall des voyageurs, inauguré en janvier 2008, est surmonté d’une verrière en forme de vague. Sa façade ouvre avenue de Paris. Des bureaux d’accueil, une salle d’attente et un affichage plus moderne s’offrent aux voyageurs.