Achevée en 1865 par Hittorff, l'architecte du Cirque d'hiver, de la place de l'Etoile, des jardins des Champs-Elysées, la vaste gare a su faire face à l'augmentation de trafic.
La façade inspirée de thermes romains est surmontée de 9 statues représentant des villes du nord de la France et de l'Europe desservies par la gare. La grande halle aux verrières supportées par une charpente métallique remarquable pour l'époque a été rénovée en 1994 pour accueillir "Eurostar", le TGV vers Londres.
Les deux îlots situés à gauche de la gare se rejoignent rue de Maubeuge par une passerelle à trois niveaux de verrières colorées.
