Le chemin de fer arrive à Rochefort, avec la mise en service le 7 septembre 1857 de la section de ligne d'Aigrefeuille - Le Thou à Rochefort par la Compagnie du Chemin de fer de Paris à Orléans (PO). La première gare de Rochefort, appelée gare d'Orléans, est construite près du bassin no 2 du nouveau port de commerce.
Une deuxième gare de Rochefort, située à l'emplacement de la gare actuelle, est ouverte, par la Compagnie des Charentes, lors de la mise en service de la section de Rochefort à Saintes le 15 avril 1867, La compagnie ouvre également la section de La Rochelle à Rochefort le 29 décembre 1873. La gare est ensuite reprise par l'Administration des chemins de fer de l'État, lors de sa création en 1878.
Le bâtiment voyageur actuel est construit en 1922 par l'architecte Pierre Esquié (auteur par ailleurs de la Gare de La Rochelle-Ville) avec un style Art déco. L’origine du bâtiment est clairement identifiée par la signalétique des Chemins de Fer de l’État sur la façade de la construction . La gare fait l’objet d’une inscription au titre des monuments historiques depuis le 28 décembre 1984.