После открытия в 1851 году стальной магистрали Санкт-Петербург — Москва, по территории центральных губерний Российской Империи начали активно строиться железные дороги. В 1905 году по просьбе Калязинской уездной земской управы и городского правления был готов проект железной дороги, разработанный студентами инженерного училища под руководством опытного инженера Э. Бандровского. Проект предусматривал строительство железной дороги в направлении Савелово-Стрельчиха-Скнятино-Калязин-Углич-Мышкин — Рыбинск. Несмотря на формальное одобрение проекта, практическое его осуществление было отложено на неопределенное время в связи с начавшейся русско-японской войной (1904-1905 гг.) и разразившейся в стране первой русской революцией (1905-1907 гг.). Но окончательного решения не было ни в 1907, ни в 1908, ни в 1909, ни в 1910 годах , не смотря на доводы и просьбы угличан и калязинцев.
В 1914 году калязинцы предприняли еще одну попытку убедить высших правительственных чиновников и составили письмо Председателю Совета Министров, министрам путей сообщения, финансов и другим, в котором писали: «Встревоженные отсрочкой решения вопроса Верхневолжской железной дороги, составляющей предмет наших семнадцатилетних ходатайств и коей ожидали с весны текущего года, мы жители города Калязина. . . осмеливаемся почтительно ходатайствовать перед Вашим Высокопревосходительством о содействии немедленного приступа к работе, так как всякая отсрочка грозит полнейшей невозможностью дальнейшего существования нашей промышленности и громадным убытком торговли».
16 апреля 1915 года Калязинская земская управа была уведомлена о том, что Верхневолжская железная дорога Кашин-Калязин-Новки и Савелово-Калязин-Углич правительством разрешена к устройству по совместному ходатайству Калязинского и Угличского земств в том направлении, какое указано в присланном проекте.
Практическое осуществление проекта растянулось на долгие годы. Строительству препятствовала Первая мировая война 1914 года, затем революция 1917 года. В итоге в начале 1918 года строительство участка Савелово-Калязин через разъезд Укладка с Москвой, Кашином было завершено и в Калязин пришла железная дорога.
Первый деревянный одноэтажный вокзал был построен на станции Калязин в 1921 году по типовому проекту.
17 декабря 2012 года в здании вокзала произошло возгорание, в результате пожара оно сгорело практически дотла. О нем напоминал только фундамент, едва видный из-за буйной растительности. Из старых построек 1920-х годов здесь сохранилась только крошечная избушка, в которой действовал буфет.
Новый железнодорожный вокзал на станции Калязин открыт в мае 2024 года. Он выполнен в стиле русского зодчества и отражает достопримечательности Тверской области. Одноэтажное здание, выполнено в ретростиле, воссоздает типичный облик вокзала конца XIX – начала XX веков.
При строительстве вокзала были использованы традиционные для Тверской области элементы деревянного зодчества, напоминающие калязинское коклюшечное кружево. Внутри здания размещено мозаичное панно с изображением колокольни Николаевского собора, выполненное из мраморной мозаики.
