Avec l’essor du transport ferroviaire (et par contrecoup le déclin du transport fluvial sur la Loire), la gare est une première fois agrandit en 1880. Elle est construite dans « l’air du temps » ; Structure en métal, verrières et pierres de taille.

Elle est détruite en 1902 et la nouvelle gare reconstruite sera fortement endommagée pendant la deuxième guerre mondiale. Puis, la vieille gare de métal sera détruite et remplacée en 1965 par une nouvelle gare plus moderne avec parking, office de tourisme, buffet, point tabac/cadeaux et de nombreux souterrains piétons pour accéder des nouveaux quartiers plus au nord au centre-ville, à la gare et au-delà des voies ferrées (rue de la gare). Cette nouvelle construction est modernisée et intégrée en 1986 au centre commercial Place d'Arc.

Une scène du film Police Python 357 a été tournée dans l'ancienne troisième gare.