Здание вокзала было возведено в 1866 году, с постройкой Двинско (Динабурго)-Витебской железной дороги (часть будущей Риго-Орловской железной дороги). В 1866 году была построена Динабурго-Витебская железная дорога, прошедшая по северу Беларуси. В Витебске был построен красивый 3-этажный вокзал с пешеходным переходным мостом закрытого типа на пассажирские платформы. В этом же году 5 октября из Полоцка в Витебск пришел первый поезд, спустя 2 года из Витебска поезда пошли на Смоленск и Орел, в 1902 году на Оршу, в 1904 году на Новосокольники. Ремесленный Витебск, который имел небольшие промышленные предприятия, с вводом железной дороги получил мощный толчок к развитию. В городе появляются крупные промышленные предприятия, такие как пивоваренный завод, табачная, льнопрядильная, бумажно-картонная фабрики, чугунно-литейные мастерские, и как следствие этого — растет население города, и увеличиваются перевозки пассажиров и грузов. Витебский вокзал становится мал для бурно развивающего города и в 1912 году вокзал был расширен за счет пристройки одноэтажного здания к основному трехэтажному зданию вокзала. В таком виде вокзал просуществовал до 1941 года. Внезапное нападение фашистской Германии на СССР потребовало от железнодорожников мобилизации всех сил для обеспечения эвакуации в тыл населения города и промышленных предприятий. До последней минуты под артиллерийским обстрелом отправляли из Витебска эшелоны в сторону Смоленска. В 12 часов 9 июля 1941 года ушел последний эшелон на восток. За годы оккупации Витебский вокзал, как и весь Витебск, был полностью разрушен. Освобожден Витебск был 26 июня 1944 года войсками 1 Прибалтийского и 3 Белорусского фронтов. После окончания Великой Отечественной войны требовалось восстановление вокзала. Послевоенный вокзал Витебск был сдан в эксплуатацию в 1953 году (архитектор Б. Мезенцев). Здание вокзала двухэтажное, состоящее из центрального и 2-х боковых четырехэтажных объемов. Главный фасад центрального корпуса выделен тремя широкими оконными арочными проемами, декорирован коринфскими колонками, лепными прямоугольными нишами, барельефами. В интерьере вокзала использовались мрамор, лепные детали, розетки в кессонах потолка. В здании вокзала располагались билетные кассы, буфет, телеграф, в боковых крыльях — служебные помещения и залы ожидания. Для обеспечения возрастающих потребностей города в доставке рабочей силы из деревень в 1953 году было построено деревянное здание пригородных касс, что предоставило людям более комфортные условия при осуществлении пригородных поездок. Новый облик вокзал приобрел в результате реконструкции, начатой в 2007 году, - обновлена внутренняя и внешняя отделка здания вокзала, смонтированы два лифта с панорамными кабинами. Рядом с главным корпусом возвели современное здание пригородных касс, в котором разместились также кафе, парикмахерская и другие объекты. В 2010–2011 годах проведена полная реконструкция Центральной части вокзала и кассового зала, построены навесы над платформами. На сегодняшний день интеллектуальная составляющая Витебского железнодорожного вокзала сегодня не уступает европейским аналогам. Здесь установлена современная система видеонаблюдения, работают платежно-справочные терминалы самообслуживания, при помощи которых можно приобрести билеты на поезда региональных линий эконом-класса. В центральной части вокзала - 7 билетных касс дальнего следования и бесплатное справочное бюро. На первом этаже также находятся магазины, киоски, кафе, камеры хранения, медпункт, помещение для сотрудников транспортной милиции, установлены два новых лифта с панорамными кабинами. На втором этаже - два зала ожидания. Один из них транзитный, где расположены аптека, банк, салон связи. К услугам пассажиров - ресторан "Витебский экспресс". Он работает с 11.00 до 23.00. Второй зал ожидания – платный. В этом зале пассажиры в основном собираются ночью, когда нужно ждать поезда дальнего следования - в частности, в Санкт-Петербург, Киев. Здесь есть интернет Wi-Fi и возможность зарядить мобильный телефон. Из развлечений в платном зале - кинотеатр-аттракцион 5D. Для инвалидов и ветеранов войны - вход бесплатный. Рядом с главным корпусом после реконструкции появилось современное здание билетных касс на поезда региональных линий. Здесь есть кафетерий, парикмахерская. На первой платформе железнодорожного вокзала установлена одна из примечательных скульптур Витебска – "Встречающие". Элегантная дама с цветком в руке и мужчина в годах, нетерпеливо посматривающий на карманные часы, ожидают гостей. Скульптура "Встречающие" по своей сути символична: ведь неспроста ее установили на первой платформе: именно сюда прибывает фирменный поезд Витебска под названием "Славянский базар".