臺中站距基隆站起點193公里252公尺,為中部地區第一大站,位居臺灣西部鐵路縱貫線的中心。新站體座落於東區新庄里,附近有多家公路客運及國道客運業者,形成快速便捷的交通網。1905年5月15日通車啟用,1908年4月1日臺灣西部縱貫鐵路全線通車,同年10月24日並在臺中公園舉行全線通車大典。於1995年內政部將臺中站審定為臺閩地區第二級古蹟(文資法修正後為國定古蹟),保存此一深具歷史及建築意義的火車站。
舊臺中車站是臺鐵臺中車站自1905年5月15日設站開始、至2016年10月15日臺中鐵路高架化通車前所使用的站房建築,舊前站位於臺灣臺中市中區、舊後站則位於東區。
舊前站建築建於1917年3月31日,為國定古蹟;舊後站原為糖業鐵路車站,1950年代整建成現在的建築體,為臺中市歷史建築。未來前後站站體、週邊臺鐵文化資產與1.6公里的原鐵軌駁坎將原地保存,並結合周圍相關文化資產成立臺中車站鐵道文化園區。
舊臺中車站坐落於中區臺灣大道一段1號(原建國路172號)舊市區一帶,日治時期為橘町三丁目22番地,是臺中、彰化、南投等地的玄關口,轉乘運輸十分發達。過去曾經因為臺灣省政府設於中興新村、臺灣省議會設置在霧峰,成為中部政治、文化、經濟交通樞紐。1995年時曾經因為臺中市區鐵路地下化的規劃進行,臺中火車站保存廢與去留曾經因此而成為了各界所關切課題,後來經過內政部公告為臺閩地區第二級古蹟(國定古蹟),保存這具有意義火車站。且惟隨臺中市近來市區西移的因素、臺中舊市區逐漸沒落,致使鐵路運輸受到公路客運競爭,高鐵臺中站啟用後再次受到影響,但仍是中臺灣主要交通樞紐之一。
民國98年(2009年)9月起由鐵工局規劃的臺中鐵路高架捷運化工程動工,隨後於民國101年(2012年)在第二代車站東北側進行高架站房新建工程。民國105年(2016年)10月15日20時55分,第二代臺中車站發出最後一班北上150次自強號列車,以及南下2243次區間車在10月5日晚上21:01分發車後,便結束自1917年完工以來長達99年6個月又15天的營運,以及設站以來原平面鐵路、車站、月台111年的歷史,2016年10月16日,運輸功能正式被第三代新臺中車站取代。
第一代車站
臺中車站於日治時期明治38年(1905年)5月15日設立,6月10日第一代車站「臺中停車場」竣工,是日式木造日本瓦建築,木造平房,類似許多未改建的小站,首任站長為塚澤力太郎。1905年(明治38年)縱貫鐵路已至葫蘆墩(豐原),第一代車站「臺中停車場」和葫蘆墩、潭子墘、烏日、大肚、蕃子田(王田)等這些停車場也同時在5月15日這天落成後並且正式營業。為了要與鐵路的施工配合,並且也特別重視到臺中火車站前繁榮。
明治41年(1908年)4月臺灣縱貫鐵路全線通車,站區興建火車頭的機關庫,設有臺北保線區臺中派出所,同年10月24日在臺中公園舉行全線通車大典,日本皇室閑院宮載仁親王來臺參加,「湖心亭」即是當時為慶祝鐵道開通所建的紀念地標。明治44年(1911年)8月改制為臺中保線區,並興建保線事務所,同年日本政府在臺中進行市區改正都市計畫,形塑了今日站前街道輪廓,也因為都市的發展,舊站房逐漸不敷使用而進行重建。
2017年2月,第三代臺中車站第二期工程進行時發現疑似初代車站時期的機關車庫維修坑道遺構,市府要求必須原地保存並儘速提報文資審議。
2018年11月,文史團體在二代站體西側意外發現初代站體事務室並未被拆除,只是淹沒在後期增建設施裡,目前已提報文資審議,未來將可能成為臺灣唯一三代站體尚存在的鐵路車站
第二代車站
1917年(大正6年)3月31日,第二代車站「臺中驛」完工,由臺灣總督府交通局鐵道部工務課設計,車站主體為紅磚造,屋頂為洋式木構造銅板瓦,月台則為鑄鐵構造,與總督府(今總統府)同屬「後期文藝復興式建築風格」辰野金吾式建築,乃至於車站內部候車大廳挑高設計與玄關樑柱上精細雕塑和拱形的橫樑,則顯出日人想要將臺中車站能設計成中臺灣出入門戶的氣派企圖。同年9月,車站外緣木造迴廊完工,基座、柱頭、及橫樑接頭均有裝飾,入口處亦有雙柱等變化。隨後在大正12年(1923年)4月皇太子裕仁(後為昭和天皇)抵臺中巡視,官員、民眾於車站列隊歡迎。昭和10年(1935年)4月21日臺灣發生新竹-台中地震,站房嚴重受損。同年6月臺灣旅行俱樂部成立,在臺中車站設有支部。二次大戰期間,盟軍對臺中實施空襲使車站受損。
二戰後時期民國37年(1948年)3月起改由臺灣鐵路管理局營運,由於客運量增加,在車站右翼仿造原樣式、材質進行擴建,於民國39年(1950年)10月完工,民國59年(1970年)7月臺鐵局宣布新竹、臺中、臺南及嘉義將開闢貨櫃裝卸車站,民國75年(1986年)臺中-豐原間的臺中線雙軌工程鐵路通車。內政部於民國84年(1995年)指定臺中車站站體與月台為二級古蹟(今為文化部所轄國定古蹟),同年車站屋頂更換為鋼浪瓦,然而在民國88年(1999年)臺灣發生九二一大地震,車站再次面臨嚴重損傷,站體以鋼骨及鋼板作為安全補強,於民國94年(2005年)整修完畢。
2016年(民國105年)臺中鐵路高架化工程通車,第三代新臺中車站啟用,原舊前站站房雖結束運輸功能,但因新站入口尚未完工,仍繼續作為新站與建國路側互相往來的臨時出入口。
2017年(民國106年)6月原第二月台開始拆除。
舊站房預計在新站第二階段工程完工之後,原地保留為臺中車站前廣場地標,並結合周圍相關文化資產轉型為文化設施。