Powstał wraz z budową w Piotrkowie kolei warszawsko- wiedeńskiej w 1846 roku. Zabudowania zaprojektował Piotr Steinkeller. W roku 1874 powiększono je o od strony północnej o część restauracyjną. Pierwszą gruntowną renowację przeszły w 1884 roku, a następną w 1890 roku. Wówczas to dworzec wyposażono w lampy błyskawiczne. Trzy lata później na dworcowych peronach pojawiło się zadaszenie wsparte na żelaznych kolumienkach, które możemy oglądać do dziś. Największe zniszczenia obiektu miały miejsce w trakcie obu wojen światowych. Po ostatniej w trakcie odbudowy dworzec raz na zawsze stracił swój charakterystyczny dla czasów kolei warszawsko- wiedeńskiej wystrój. 2 maja 1923 roku na piotrkowskim dworcu na kilkunastominutowy postój zatrzymał się jeden z największych dostojników europejskich, Zwycięski Wódz z Wielkiej Wojny, Marszałek Francji Ferdynad Foch, podróżujący wówczas po Polsce. Francuskiego dostojnika witały delegacje wszystkich piotrkowskich instytucji państwowych, społecznych i oświatowych, honorowa kompania wojska polskiego oraz tłum wiwatującej publiczności. W imieniu piotrkowian Marszałka powitał ówczesny prezydent miasta Jan Wallas.
W książce autorstwa doktora Zbigniewa Tanenbauma Gawędy o starym Piotrkowie zachowały się opisy nieistniejącego już wystroju wnętrza dworca. Pierwsza salka, gdzie obecnie stoją pod ścianami jedynie twarde ławki była salonem recepcyjnym z okazałymi, ciężkimi fotelami i kanapami. Meble były kryte zielonym pluszem. Sala ta była I klasą dla nie konsumujących, oczekujących pociągu, znudzonych, lekko drzemiących gości[i]. Z kolei (…) największa sala dworcowa była salą jadalną. Wzdłuż całej ściany od strony obecnego placu dworcowego, zasłaniając okna stał kredens gigant, wyglądający jak gotycka katedra, dekorowana wyprawionymi czaplami, bażantami i bateriami różnokształtnych i wielokolorowych butelek. (…) Wielką salę jadalną dworca wypełniały równolegle ustawione długie stoły, nakryte śnieżnobiałymi obrusami. Czego tam nie było na tych stołach. Od skromnego śledzia, karpia, węgorza do kawioru i jesiotra. Wszystkie te wspaniałości były do nabycia w Piotrkowie, w fili znanych w carskiej Rosji sklepów Kartoszowa[ii].
W 2011 roku budynek dworca przeszedł gruntowny remont i modernizację, która zakończyła się latem 2012 roku.
Ciekawostka: Wizyta Focha nie obyła się bez małej wpadki, maszynista pociągu, który wiózł słynnego Marszałka Francji, zbyt późno zaczął wyhamowywać skład i ten niespodziewanie minął peron piotrkowskiego dworca. Zanim Zwycięski Wódz z Wielkiej Wojny mógł spotkać się z oczekującym nań tłumem musiało upłynąć kilka dobrych chwil.