In 1896 opent de Nederlandsche Zuider-Spoorwegmaatschappij de lokaallijn tussen Sittard, Heerlen en Herzogenrath. Behalve Kerkrade Rolduc krijgen alle Nederlandse stations langs de lijn een standaard stationsgebouw. Het ontwerp is gelijk aan die van de grotere stationsgebouwen die de GOLS enkele jaren eerder in de Achterhoek en Twente neerzet. De hoge rechthoekige gebouwen zijn twee en een halve verdieping hoog en nagenoeg symmetrisch. Vijf jaar na de opening zijn beide zijvleugels verlengd.
Met de opening van de lijn naar Maastricht krijgt Heerlen in 1912 een aanzienlijk groter stationsgebouw. Het nieuwe asymmetrische gebouw is tegen de linkerzijde van het oude gebouw neergezet. Het nieuwe stationsgebouw bestaat uit een hoog ontvangstgebouw met een toren waarin zich de trap naar het woongedeelte bevindt. Links van het gebouw komt een zeer grote vleugel met een hoog puntdak. In het linker deel dat iets naar voren staat, komen de wachtkamers voor mijnwerkers, in het rechter deel komen de overige wachtkamers. Het oude stationsgebouw, dat voortaan in gebruik is als dienstgebouw, krijgt bovendien een verdieping op de rechtervleugel.
In de jaren ’80 wordt het emplacement ingrijpend gewijzigd en besluit NS van de gelegenheid gebruik te maken om het redelijk vervallen stationsgebouw te vervangen door nieuwbouw. Het oude stationsgebouw is in 1985 vervangen door vrij onherkenbare nieuwbouw, gecombineerd met de voetgangerstunnel die het centrum, onder de drukke Stationsstraat en het emplacement door, met de achterkant van het station verbindt. De stationshal met loketten en restauratie komt aan de verdiepte voetgangersroute. Bij de ingang op straatniveau komt een lichte staalconstructie met veel glas om zo nog wat daglicht in de hal toe te laten. De rest van het gebouw bestaat uit een redelijk gesloten bouwblok van nog eens drie verdiepingen. Op de begane grond komt een bewaakte fietsenstalling. Op de andere twee verdiepingen kantoorruimtes. In 2012 is het gebouw alweer gesloopt om ruimte te bieden aan de reconstructie van het complete stationsgebied.
Het nieuwe station is onderdeel van het nieuwe stadsdeel Maankwartier dat gedeeltelijk op een grote plaat boven het spoor is gebouwd. De betonnen plaat van zo’n 3000 vierkante meter ligt sinds 2014 boven de sporen. Op de plaat komen woningen, kantoren en de nieuwe stationshal. De grotendeels glazen hal die ongeveer een derde van de plaat beslaat en toegang biedt tot de lager gelegen perrons is in augustus 2019 in gebruik genomen.
Op de foto boven dit artikel één van de nieuwe gebouwen van het Maankwartier dat boven het station van Heerlen is neergezet en gelijk aangeeft waar de reiziger is aangekomen op 14 september 2020.