In oktober 1863 nemen de Staatsspoorwegen tussen Breda en Tilburg het eerste deel van de Staatslijn naar Maastricht in gebruik. Tilburg krijgt net als vergelijkbare steden als Alkmaar, Eindhoven en Leeuwarden in die periode een standaard stationsgebouw van het oorspronkelijke type derde klasse. Het symmetrische gebouw heeft een hoog middendeel en twee korte lage zijvleugels. Beide zijvleugels krijgen relatief lange terugstaande eindvleugels. Straat- en perronzijde zijn vrijwel gelijk. Enkele jaren na de opening van de Staatslijn is ook de nieuwe verbinding met Turnhout gereed. Het stationsgebouw is hiervoor in 1870 vergroot met een lage aanbouw voor het middendeel. Beide zijvleugels worden aan de straatzijde verbreed.
In 1890 is het stationsgebouw aanzienlijk vergroot. Naast beide zijvleugels komt een groot eindgebouw dat bijna net zo hoog is als het middendeel. De voorgevels liggen in lijn met de aanbouw van twintig jaar eerder. In 1913 is de aanbouw voor het middendeel verhoogd. Hierbij is zoveel mogelijk het ontwerp van de oorspronkelijke voorgevel aangehouden en zijn diverse onderdelen hergebruikt of nagemaakt. Enkele jaren later krijgt het gebouw opnieuw een lage aanbouw aan de voorzijde. De nieuwe aanbouw bestaat grotendeels uit glas, waarmee voor het eerst van de oorspronkelijke bouwstijl wordt afgeweken. In 1950 krijgt de linkervleugel een extra aanbouw die toegang biedt aan de nieuwe reizigerstunnel naar het eilandperron.
Eind jaren ’50 is besloten om, net als in veel andere steden, ook de spoorbaan in Tilburg te verhogen. Hierbij blijven de sporen en gebouwen van de werkplaats laag liggen. Het goederenemplacement verhuist van de oostzijde naar de westzijde van het station. Ook de aansluiting van de spoorlijn naar Baarle Nassau en België wordt in westelijke richting opgeschoven. Terwijl de werkzaamheden al in 1957 starten, is het oude stationsgebouw pas in 1961 gesloopt om plaats te maken voor de herinrichting van het emplacement en de stationsomgeving. Door de beperkte ruimte vanwege de parallelweg langs het spoor komt een groot deel van de nieuwe stationsvoorzieningen direct langs en onder het eerste perron. Als herkenningspunt krijgt het complete station een overkapping van 150 bij 50 meter. De kap bestaat uit twee rijen van zes hypparschalen die als een paraplu boven het complex uitsteken. De kap overdekt niet alleen de perrons en de bouwdelen die niet onder het perron komen, maar ook een groot deel van het voorplein. Door de ligging langs de spoorlijn is de grotendeels glazen voorgevel van het station bijna 200 meter lang. Het grootste deel van het gebouw ligt onder het eerste perron. Het deel voor het perron is twee verdiepingen hoog waarbij de bovenste verdieping buiten de entreehal gedeeltelijk richting de straat uitsteekt. De stationsrestauratie aan de linkerzijde ligt op perronhoogte steekt nog verder boven het stationsplein uit. Aan de rechterzijde van het gebouw komt een opvallende stationsklok waarin een schoorsteen verborgen is. Het nieuwe stationscomplex is in 1965 in gebruik genomen.
In 2013 start de verbouwing van het stationsgebouw en de stationsomgeving, met name aan de achterzijde van het station waar tot 2011 de werkplaatsen van Nedtrain en haar voorgangers te vinden zijn. Bij de verbouwing zijn onder andere verschillende bouwdelen van een nieuwe functie voorzien en is de perrontunnel verbreed en doorgetrokken naar de nieuwe achteringang van het stationsgebouw. Het omvangrijke werkplaatsterrein wordt intussen onder de naam Spoorzone013 compleet opnieuw ingericht. Een deel van de gebouwen is hierbij gesloopt en vervangen door nieuwbouw. Ook krijgen verschillende gebouwen een nieuwe functie.
Op de afbeelding boven dit artikel de voorzijde van station Tilburg op 5 maart 2022.