Le 22 décembre 1869, la construction de la ligne de chemin de fer de Kozlov à Tambov, d'une longueur de 74 verstes, ainsi que du bâtiment de la gare à Tambov, commencé le 1er juillet de l'année précédente, a été achevée. La principale commande de construction a été passée par une société par actions.

Généralement, sur une même ligne de chemin de fer, des gares similaires avec de hautes tours horlogères sur les façades principale et latérales étaient construites. La partie centrale de la gare de Tambov était à deux étages et comprenait un vestibule et des guichets, tandis que des salles d'attente se trouvaient dans les ailes latérales à un étage. Sur les façades nord et sud, il y avait des tours horlogères.

La gare était le premier bâtiment par lequel on découvrait Tambov. Sur les photographies d'avant la révolution, on peut voir que sa composition ressemblait à une forteresse : la façade côté chemin de fer imitant des murs et des tours en pierre, renvoyant à l'histoire de la ville-forteresse. Par la suite, en raison des surélévations, cette image expressive et de nombreux détails architecturaux ont été perdus.