La estación de ferrocarriles de la Compañía del Norte fue proyectada por Demetrio Ribes arquitecto de la Compañía de los Caminos de Hierro del Norte de España en 1906, quien presentó un proyecto inicial que preveía separar el recinto entre mercancías y viajeros y dentro de esta última zona, entre grandes líneas y cercanías. El 2 de agosto de 1907 se iniciaron unas obras que no concluyeron hasta 1917.
En su construcción se emplearon nuevos materiales introducidos a finales del siglo anterior, como la estructura metálica en forma de marquesina. La cubierta principal de la nave central, que cubre las vías, tiene forma de arco elíptico y guías que representan las vías del tren.
La parte central de la estación es una gran nave que cobija vías y andenes, tiene 45 metros de anchura por 200 de longitud, diseñada en 1909 por E. Grasset, que dirigió su construcción en los talleres de la propia Compañía del Norte en Madrid. Luego fue montada en Valencia mediante un sistema de andamio móvil. El montaje fue realizado en menos de un año y sin interrumpir el tráfico ferroviario. Está formado por grandes arcos articulados sobre rótulas, que sostienen la ligera cubierta de vigas metálicas.
