22 декабря 1869 года завершилось строительство железной дороги от Козлова до Тамбова, протяженностью 74 версты, а также здания вокзала в Тамбове, заложенного 1 июля предыдущего года. Основным заказчиком строительства выступало акционерное общество.

Обычно на одной железнодорожной линии строились однотипные вокзалы с высокими часовыми башнями на главном и торцевых фасадах. Центральная часть тамбовского вокзала была двухэтажной и включала вестибюль и кассы, а в одноэтажных боковых крыльях располагались залы ожидания. На северном и южном торцевых фасадах находились часовые башни.

Вокзал служил первым зданием, с которого начиналось знакомство с Тамбовом. На дореволюционных фотографиях видно, что его композиция напоминала крепость: фасад со стороны железной дороги имитировал каменные стены и башни, отсылая к истории города-крепости. Впоследствии, из-за надстроек, этот выразительный образ и многие архитектурные детали были утрачены.