#2 Gare et quais
La gare de bifurcation d'Ambérieu est située, au point kilométrique (PK) 151,453 de la ligne de Lyon-Perrache à Genève (frontière), et au PK 68,309, et de la ligne de Mâcon à Ambérieu. Elle est également l'origine de la ligne d'Ambérieu à Montalieu-Vercieu partiellement déclassée et utilisée pour le fret jusqu'à Lagnieu. Son altitude est de 247 m. La gare dispose de trois quais centraux desservant 6 voies; le quai 1 dessert la voie E, d'une longueur de 102 m (voie en butoir) et la voie A qui mesure 313 m. Le quai 2 dessert les voies B et C, mesurant respectivement 315 m et 336 m. Enfin, le quai 3 dessert les voies D et F qui ont une longueur de 348 m et 367 m.
Après de longues études, et négociations, dont l'origine remonte à une idée émise en 1830, la loi no 549 promulguée le 10 juin 1853, par Napoléon III, finalise les choix et l'organisation de la « concession du Chemin de fer de Lyon à la frontière de Genève, avec embranchement sur Bourg et Mâcon ». Cette loi confirme le choix d'Ambérieu comme point de départ d'un embranchement qui doit se raccorder avec la ligne de Paris à Lyon.
En 1855 lorsque débutent les premiers travaux préparant l'arrivée du chemin de fer, Ambérieu-en-Bugey est un bourg rural de 2 472 habitants, ayant des ressources essentiellement produites par l'agriculture locale. L'ouverture le 23 juin 1856, par la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée (PLM), des 75 km de voies ferrées entre Lyon-Saint-Clair - Ambérieu - Bourg-en-Bresse est le début d'une histoire ferroviaire qui va, au fil du temps, profondément transformer la vie de la population, le chemin de fer en devenant l'élément central de l'économie locale et un important employeur. La ligne poursuit sa progression avec l'ouverture le 7 mai 1857 des 65 km entre Ambérieu et Seyssel.
Dans les années 1870, la gare complète ses équipements et voit l'arrivée d'une nouvelle ligne. En 1873 le dépôt est agrandi, avec notamment la construction d'une rotonde qui peut accueillir 48 locomotives à vapeur. En 1875, les travaux d'agrandissement du dépôt s'achèvent et de nouvelles voies sont posées pour accueillir la nouvelle ligne du PLM. La ligne Ambérieu - Montalieu est une voie ferrée de 18 km dont le but est de permettre l'acheminement de pierre de taille vers les grandes villes, les exploitations étant confrontées a une demande qu'elles ne peuvent satisfaire du fait des difficultés et des coûts du transport par chariots et par bateaux. Elle passe par la gare de Villebois PLM avant de franchir le Rhône sur un pont pour rejoindre Montalieu. En 1879, on ajoute un bâtiment pour le « corps de garde » équipé de dortoirs et sur les quais de la gare voyageurs, on érige un abri métallique.
En 1891, des mécaniciens du dépôt créent une section du « Syndicat général professionnel des Mécaniciens et Chauffeurs, Conducteurs de machines à vapeur de France et d'Algérie ». Le 23 juillet, le président du Syndicat général annonce 130 adhérents pour la section d'Ambérieu. En 1898, la compagnie des chemins de fer du Sud-Est, qui deviendra la régie des Tramways de l'Ain, réalise une liaison tramway entre les stations, Ambérieu-Ville, et Ambérieu-PLM proche de la gare PLM.
En 1930, le quartier de la gare, créé en 1856 lors de l'arrivée de la première voie ferrée, compte maintenant 31 habitations, 25 appartiennent à des salariés des Chemins de fer, à la même époque, qui semble être l'apogée du développement de l'« étoile d'Ambérieu » avec 247 locomotives au dépôt, le bourg devenu petite ville compte près de 6 800 habitants et le PLM emploie environ 2 150 cheminots.
le 7 juin 1944, une opération à haut risque est organisée par des cheminots résistants et des maquisards, elle met hors service 52 locomotives et de nombreux autres matériels. Cette action, en diminuant les capacités d'un site stratégique et en réduisant les communications de l'armée allemande, évite le bombardement du site par les Alliés. Une stèle érigée sur l'emprise ferroviaire de la gare rappelle ce fait d'armes et la résistance des cheminots.
L'année 1953 souligne le début d'une nouvelle ère pour les chemins de fer avec l'inauguration par la locomotive électrique CC 7106 de la ligne de Lyon à Culoz nouvellement électrifiée, et la fin d'une époque avec la démolition de la marquise protégeant les quais de la gare voyageurs d'Ambérieu.
En 1998, le choix est celui de la conservation, avec la remise en état de la gare voyageurs construite par la compagnie PLM.