Le train arrive à Toulouse au milieu du XIXè siècle avec l'inauguration des premiers tronçons de la ligne transversale Bordeaux-Cette (graphie de Sète à l'époque). La gare est installée hors de la ville dans un espace encore champêtre le long du canal du Midi. Le "débarcadère" comme on disait à l'époque se révèle bientôt trop petit. La Compagnie des Chemins de Fer du Midi fait construire au début du XXè siècle une nouvelle gare plus vaste dont l'architecture (pierre blanche et toit en ardoises) tranche avec les matériaux traditionnels de Toulouse. Sur la façade, une série de blasons rappelle les villes desservies par la Compagnie au départ de Toulouse. De part et d'autre de l'horloge, le fronton vante les techniques de l'Age industriel. La marquise protégeant les passagers repose sur une structure édifiée par l'entreprise de Gustave Eiffel (le nom de l'ingénieur est gravé sur un des piliers)L'arrivée du TGV à l'horizon 2016-2020 commence à se préparer par un accroissement du nombre de voies en attendant la création d'une seconde gare pour le seul trafic régional.