Pierwszy budynek stacyjny w Ostrowie Wlkp. wybudowano w 1875 roku na linii Poznań - Kluczbork.
Po wielu przebudowach w 1966 roku powstała zupełnie nowa bryła budynku. Nowy modernistyczny budynek zaprojektowany został przez Kazimierza Serowskiego. Zostały zbudowane poczekalnie, cześć gastronomiczna i administracyjna. Powstała również stołówka dla pracowników kolejowych i ich rodzin.
20 kwietnia 1919 roku przez Ostrów Wielkopolski przejeżdżał pociąg z Armią gen. Hallera. Uroczyste powitanie żołnierzy na pierwszej polskiej stacji zostało utrwalone na najstarszym zachowanym ostrowskim filmie.