车站始建于1898年9月，沙俄时期（现为车站警务室），为原中俄联合修建的东清铁路（中东铁路）南线终点站。
1904年日俄战争后建造现有站舍，时为三等站。站址在大连市旅顺口区井岗路。
旅顺站是一座造型别致、俄罗斯风格的木质建筑物，隶属沈阳铁路局大连车务段管辖，二等站。
旅顺站也是满洲地区最南端的车站，被列为大连市第一批重点保护建筑物。12月2日，旅顺火车站入选第二批中国20世纪建筑遗产名单。
旅顺站是中东铁路南支线南端的终点站，时为三等站。中东铁路修建初期，为了军事上的需要，钢轨铺设一直延伸到旅顺军港码头，火车站就设在码头附近，与大连海湾为邻。
满铁时期一度称之为“旅顺驿”。这座建筑由俄藉工程师吉尔什曼负责建筑施工。砖木结构，小巧别致，更多体现俄罗斯木构建筑特色。
建筑造型简洁明快，平面呈一字形，立面在入口处加设门斗，中间顶部为绿色穹顶塔楼，加强了中央体积向上的动感。塔楼上面挂着鱼鳞状铁皮瓦片，显现着几分俄罗斯乡土情趣。站台上的木结构风雨棚构架合理，美感十足，与站舍浑然一体。
1898年，沙俄租借旅大市，着手扩建军港，铺设铁路。在勘察火车站的地点时，原拟在太阳沟，后来为了军事运输的需要，便选定在现址。
旅顺火车站是沙皇俄国租占旅顺时期修筑的南满铁路支线的终点站。
1900年，由沙俄人设计并开始建造旅顺站。1903年7月14日投入运营，1904年日俄战争期间铁路运输中断，1905年恢复通车。
1907年旅顺线由窄轨改为标准轨。清政府赎辽后，苏联军队接管了车站。
1945年，日本战败，苏联红军接管旅顺站，由中苏双方共同运营。直到1952年12月，中国政府才正式接管了该车站。
由于旅顺火车站在建筑史研究上有极大参考价值，1985年被列为大连市市级文物保护单位。
12月2日，旅顺火车站入选第二批中国20世纪建筑遗产名单。
旅顺站为国家重点文物保护单位（中东铁路建筑群）。
