In 1866 nemen de Staatsspoorwegen met het traject Boxtel – Venlo de laatste etappe van Staatslijn E in gebruik. In Eindhoven komt een standaard stationsgebouw van het type derde klasse. Het symmetrische ontwerp is een verkleinde versie van het type tweede klasse dat alleen in Zutphen is gebouwd. Het stationsgebouw kent een hoge middenrisaliet met aan weerszijden een korte lage vleugel die wat naar achteren staat. Beide vleugels hebben korte eindvleugels. Ook deze vleugels staan weer wat naar achteren. In Eindhoven krijgen beide eindvleugels, in tegenstelling tot de andere stationsgebouwen van het type, twee grote deuren. Al in 1885 is het stationsgebouw ingrijpend verbouwd. Beide vleugels verdwijnen in twee nieuwe lange en brede vleugels. Voor het middendeel komt een nieuwe entreepartij met drie grote deuren.
Met het oog op de nieuwe lijn naar Weert worden plannen gemaakt om het stationsgebouw opnieuw aanzienlijk te vergroten. Later is gekozen om het complete stationsgebouw te vervangen door nieuwbouw. Hoewel het nieuwe eilandperron met perrongebouwen en overkapping al in 1915 gereed is, volgt het nieuwe strakke stationsgebouw pas een jaar later. Het asymmetrische gebouw krijgt een lage entree waarachter in een hoog gebouw met tentdak en grote vensters de stationshal is ondergebracht. Aan beide zijden van het middendeel komt een lange vleugel. Hierbij is de rechter vleugel aanzienlijk langer, maar grotendeels lager dan het linker deel. Het gebouw en het perron zijn verbonden via een reizigerstunnel.
Bij de wederopbouw van het centrum na de Tweede Wereldoorlog is besloten om de hele stad te moderniseren. Naast een nieuw stadhuis, moderne winkelstraten en een ruime universiteitscampus krijgt de stad brede wegen met grote verkeerspleinen. De spoorlijn wordt opgehoogd om zo de barrière door de stad op te heffen. Om ruimte te maken voor een voorplein waar ook auto’s, taxi’s en bussen gebruik van kunnen maken, is de spoorlijn bijna 150 meter naar het noorden opgeschoven. In 1953 is zijn de nieuwe hooggelegen sporen en de smalle reizigerstunnel met kleine winkelruimtes die de drie nieuwe eilandperrons verbindt, gereed. Boven de perrons en de perronsporen komt een eenvoudige 140 meter lange stalen kap die gedragen wordt door overbodig geraakte stalen segmenten van Baileybruggen. De kap kan relatief laag blijven met het oog op het einde van de stoomtractie. Met het verplaatsen van de treindienst naar de hooggelegen sporen kan het oude emplacement worden opgebroken en begint de bouw van het nieuwe stationsgebouw. Het gebouw krijgt een hoge glazen gevel waarachter de op de eerste verdieping gelegen stationsrestauratie te vinden is. Onder het hoge deel komt de naar achter gelegen entree naar de stationshal. Achter de stationshal ligt genoemde reizigerstunnel. Aan de linkerzijde van het gebouw komt een 26 meter hoge klokkentoren waarin een schoorsteen verborgen is. Na de opening van het nieuwe stationsgebouw in 1956 is het oude gebouw, dat inmiddels met de rug naar het nieuwe stationsplein staat, gesloopt.
In 1991 krijgt Eindhoven ook aan de noordzijde van het station een stationsgebouw. Het gebouw bestaat grotendeels uit drie verdiepingen met kantoorruimtes. Op de benedenverdieping zijn naast een stationshal ook winkels en loketten ondergebracht. De entree en de stationshal zijn voor de herkenbaarheid zelfs twee verdiepingen hoog. De gevel boven de entree is gebogen uitgevoerd. Aan de voorzijde komt een drie meter brede luifel voor reizigers van het nieuwe busstation.
In 2008 krijgt het oude stationsgebouw de status van Rijksmonument. Drie jaar later start de restauratie van het complete station. Naast de oude reizigerstunnel komt een volledig nieuwe en passage van 34 meter breed waarin ook de winkels zijn ondergebracht. In de oude tunnel komt een lichtkunstwerk en zijn authentieke elementen als de mozaïeken in ere hersteld. Ook de oude stationsrestauratie is vrijwel compleet gereconstrueerd. Het stationsgebouw aan de noordzijde is in 2017 in aansluiting op de rest van het stationscomplex gerenoveerd. In het voorjaar van 2018 is de restauratie van station Eindhoven gereed. Anderhalf jaar later krijgt het station de toevoeging Centraal.
Op de foto boven dit artikel het Eindhovense stationsgebouw uit de jaren ’50 met op het voorplein het standbeeld van Anton Philips op 5 maart 2022. De foto is genomen vanaf de plek waar de twee vooroorlogse stationsgebouwen hebben gestaan.