Pierwszy dworzec oddano do użytku w 1862 r., wraz z magazynem i remizą kolejową. Magazyn i remizę zburzono w 1914 r., dworzec w 1971 r.[1] Według innych źródeł stary dworzec funkcjonował do roku 1969, a nowy wybudowano w 1974 r.[2] Obecny dworzec powstawał w latach 1972-1973. Nowy dworzec miał symbolizować nowoczesność miasta i być jego wizytówką. Wybudowano wtedy dwa perony, kładkę nadziemną i przejście z budynku głównego do peronu II, i pod drogą w kierunku zakładów Fajansu.

W okresie 2003-2004 r. dobudowano podziemne przejście w kierunku osiedla Kokoszka (dz. Południe), zbudowano parking po drugiej stronie zabierając dwa perony towarowe, oraz wyjazd ze strefy manewrowej, w kierunku Kutna, oraz zburzono kładkę nadziemną. Stacja Włocławek była jedną z ważniejszych stacji na linii Warszawa-Gdańsk.

Co najmniej od pierwszej połowy lat osiemdziesiątych trwa spór pomiędzy PKP i PKS o prawa do budynku i jego otoczenia (nie ma przeprowadzonego podziału własności[3]). Spór zaostrzył się w latach dziewięćdziesiątych, gdy zaczęto wynajmować część pomieszczeń innym podmiotom, jeszcze bardziej nasilił się w ostatnich latach, gdy miasto zaczęło domagać się przeprowadzenia remontu dworca.

Urząd Miasta już od kilku lat walczy z PKP i PKS o remont dworca. PKP zgodziło się na remont obecnego budynku lub wybudowanie całkiem nowego. Jednak PKS nie było zaproszone na żadne ze spotkań między Urzędem i PKP i nie zgodziło się na wyburzenie swojej części dworca. PKP posiada 75% budynków dworca, a PKS 25%. Remont dworca miałby przeprowadzić prywatny inwestor w zamian za tereny pobliskie stacji, którymi zarządza PKP.