A estação integra a Linha da Beira Baixa, que abriu à exploração em 1891 entre Abrantes e a Covilhã, e foi concluída em 1893 com o troço Covilhã-Guarda.

A arquitetura do edifício de passageiros da Estação de Castelo Branco, com plano retangular, apresenta um corpo central de dois pisos, ladeado por outros dois corpos mais baixos, numa composição simétrica.

A cobertura é de telhados de várias águas e revestimento em telha cerâmica vermelha com remates em cimalhas. As fachadas brancas são percorridas por socos em cantaria e por silhares de azulejos lisos enxaquetados de padrão azul e branco, flanqueados por cunhais e rematadas por cornijas.

Alpendre a todo o comprimento da fachada sudeste; estrutura metálica, pilares em ferro fundido com decoração moldada; cobertura em duas águas.

A estação e a sua envolvente receberam diversos melhoramentos incluindo a intervenção paisagística no antigo Largo da Estação (Largo Rei D. Carlos), dotado de praça de táxis e de zona de tomada e largada de passageiros, um novo parque de estacionamento e um novo Terminal Rodoviário.