Жмеринська залізнична станція, заснована 1865 року між селами Велика і Мала Жмеринка на місці дубового пралісу у зв'язку з будівництвом залізниці Київ — Балта (1865—1870 роки) визначила наперед розвиток Жмеринки як залізничного селища, сприяла його зростанню й розширенню.
У 1866 році акціонерному товариству «Де-Врієр і Ко» дозволили спорудити другу ланку магістралі на південь, до Чорного моря — лінії від Києва до Балти довжиною 457 км. Траса мала пройти через Козятин і Жмеринку[4].
Першу будівлу вокзал спорудили під час будівництва залізничної лінії Київ — Балта, яким керувала французька компанія «Де-Врієр» і Ко на чолі з французьким підприємцем Фільолем[4][5].
Другу будівлю зведено в 1899—1904 роках[5]. Для будівництва вокзалу запросили Валеріяна Рикова та Івана Беляєва. Нагляд за будівництвом здійснював архітектор Зиновій Журавський, який значно доповнив проєкт Рикова (фактично переробив на місці). Вокзал, зведений ним у вигляді корабля, що прямує до моря, став одним з найкращих у Російській імперії. Жмеринський вокзал є величною будівлею зі складним плануванням, фасади якої виконані в стилі історизму, а інтер'єри з початку 1900-х років — у стилі модерну. Також у стилі модерну виконані павільйони підземного переходу, облаштованого на початку ХХ століття[6].
Для перевезення пасажирів і вантажів новий вокзал і станцію «Жмеринка» відкрили 1 вересня1904 року (за старим стилем). З цього приводу в Санкт-Петербурзі в журналі «Зодчий» у вересні 1904 року було розміщене повідомлення: «Першого вересня поточного року на станції Жмеринка відкрито та освячено величний вокзал у вигляді корабля». Спорудження Жмеринського залізничного вокзалу, який невдовзі обріс інфраструктурою — церквою, пересильною в'язницею і, звичайно, численними обслуговуючими закладами, у тому числі і шинками, позитивно позначилось на розвиткові містечка. Вокзал зазнавав руйнування та подальші реставрації та наразі не зберігся його первісний вигляд.
За часів СРСР на залізничній станції Жмеринка зведено низку додаткових приміщень, переходів тощо. Однак зберегти цілісність будівлі вокзалу в радянський час не вдалося: на привокзальній площі для потреб і зручності громадського і приватного транспорту прибрали збудований у комплексі фонтан, а в залах після ремонтів зникли ліпні прикраси, картини та позолота на стелях, також із так званої «царської кімнати» (де, за переказами, перебував Микола II) — великий круглий стіл, обтягнутий зеленою тканиною. За незалежної України (від 1991 року) в умовах економічних труднощів підтримувати бодай задовільний стан споруди взагалі стало важко, і лише у другій половині 2000-х років здійснено низку заходів для упередження подальшої руйнації вокзалу[7].
Упродовж 2011—2013 років відбулася повна реставрація вокзалу[8].
З 2001 по 2011 роки на вокзалі стояв пам'ятник Остапові Бендеру в образі актора Сергія Юрського, але в процесі реконструкції 2011 року його демонтували. На встановлення пам'ятника не було дозволу і він стояв на місці водопровідних мереж. Питання про повернення пам'ятника, який містяни вважають одним із символів Жмеринки, було відкритим до 2019 року. До того ж він вимогав відновлення[9]. Питання про повернення та відновлення пам'ятника Остапові Бендеру вирішили і 27 жовтня 2019 року у Жмеринці на привокзальній площі відбулося його урочисте відкриття[10].
На станції зупиняються всі поїзди далекого та приміського сполучення. Деякі поїзди, що проямують через станцію Жмеринка курсують не кожен день, а за особливим графіком. Середній час зупинки на станції становить 20 хвилин. Актуальний розклад поїздів є можливість переглянути на офіційному вебсайті «Укрзалізниці»[11].