Net als in een groot aantal vergelijkbare plaatsen neemt de Nederlandsche Rhijnspoorweg-Maatschappij in 1855 bij de opening van de spoorlijn Utrecht – Rotterdam in Woerden een voormalige directiekeet in gebruik als stationsgebouw. Met de komst van de lijn naar Leiden is het emplacement uitgebreid tot twee relatief smalle eilandperrons met daartussen slechts één spoor. Het duurt nog tot 1911 tot het eenvoudige grotendeels houten gebouwtje is vervangen door een echt stationsgebouw. Het royaal uitgevoerde gebouw kent door de verschillende gevels en toepassing van grijswitte stenen banden en vullingen in de gevels een levendige aanblik. Het gebouw bestaat aan de linkerzijde uit een hoog bouwdeel met aan de linkerzijde een torentje. De rechterzijde is smaller en lager uitgevoerd. In het midden komt de stationshal met de toegang tot de nieuwe voetgangersbrug naar de perrons. In aansluiting op de brug, komen de wachtruimtes op de eerste verdieping. Omdat de achterzijde van het gebouw niet aan een perron grenst, is ook deze zijde met verspringende gevels uitgevoerd. Nadat het stationsgebouw gereed is, komt aan beide zijden van het gebouw een bijgebouw dat in dezelfde stijl is uitgevoerd. In het linker gebouw komt een goederenloods. Het rechter gebouw komt op de plek van het eerste stationsgebouw en bevat een aantal personeelswoningen. Beide perrons en het middenspoor worden voortaan overdekt door een nieuwe, relatief korte overkapping.
Eind jaren ’60 is het stationsgebouw aanzienlijk verbouwd. Om ruimte te maken voor de uitbreiding van de stationshal is een groot deel van de benedenverdieping van het middendeel gesloopt. Voor het stationsgebouw komt een strakke, grotendeels glazen aanbouw met een forse luifel. In de jaren ’70 is de vervallen brug naar de perrons geheel vernieuwd. Hierbij maken de kleine ruitjes plaats voor grote ramen en maakt het puntdak plaats voor een gebogen dak. In 1987 is de goederenloods gesloopt.
Halverwege de jaren ’90 zijn het emplacement en het stationsgebouw aanzienlijk gewijzigd. In het kader van de spoorverdubbeling krijgt Woerden twee nieuwe brede eilandperrons met nieuwe perronkappen. Ook komt er een brede glazen traverse tussen stationsgebouw, perrons en de achterzijde van het station. Het stationsgebouw zelf wordt gemoderniseerd. Zo komt er een ruimere stationshal en meer ruimte voor commerciële doeleinden. De aanbouw uit 1968 wordt vervangen door een nieuwe grotere aanbouw. Aan de voorzijde komt een hoge wand van glassteen. Aan beide zijden van de uitbouw komt de nieuwe entree naar de stationshal. Vanuit de hal is de nieuwe brug te bereiken via een nieuwe brede trap. Aan de achterzijde van het station komt een hoofdzakelijk glazen entree. In 1996 is de verbouwing van het stationsgebouw gereed. Acht jaar later is ook de complete vernieuwing van het emplacement klaar.
Op de foto boven dit artikel de perronzijde van het stationsgebouw van Woerden op 13 augustus 2022.