Inaugurée en 1937, l'actuelle gare de Brest a remplacé la première gare-terminus de la ligne Paris-Brest datant de 1865.

L'emplacement choisi pour l'édification de la gare répond à diverses contraintes : une proximité avec la ville, contenu alors dans l'intra-muros, et l'emprise de nombreux terrains militaires dont les fortifications et la redoute de Keroriou. L'objectif du choix du site est de permettre le développement de la ville (création de nouvelles rues) et une connexion ferroviaire avec le futur port de commerce et l'arsenal (embranchement militaire).

L'Armée demande à ce que ce nouvel édifice publique soit potentiellement rapidement démontable ou facile à détruire. Il en va ainsi de plusieurs constructions situées sur les plateaux de la ville de Brest (dont quelques maisons situées au quartier Saint-Martin). Les matériaux mis en œuvre répondent donc à cette contrainte : briques sur armature en bois, couverture en zinc.

La déserte de la gare est contrainte par les remparts dont la destruction, dans l'axe gare-ville, est interdite par l'Armée. Cependant, afin de palier ce problème d'accès, une nouvelle porte est créée, porte de Foy (1870) dont la jonction, longeant les remparts, à la porte de Landerneau est opérationnelle en 1872. Ainsi, contrairement à quasi toutes les villes de France, la ville de Brest n'eut pas la possibilité, grâce à une grande avenue, de mettre en "monumentalité" sa gare, symbole de modernité et de développement urbain et économique.

Le site de la gare est complété en 1893 d'une seconde gare pour les lignes départementales.

Rapidement peu adaptée à l'augmentation de la population de l'agglomération brestoise et à la hausse du trafic ferroviaire, le projet d'une nouvelle gare est évoqué dès 1919. En 1930, c'est à l'architecte-conseil de la Compagnie des chemins de fer de l’État, Urbain Cassan, que le projet est confié ; projet qui intègre un programme de modernisation de l'ensemble du réseau de l'ouest de la France.

La future gare de Brest intègre donc la liste des gares nouvellement construites à Versailles (Georges Ventre), au Havre (Henri Pacon) et à Deauville (Jean Philippot). Urbain Cassan a, entre autres, réalisé ou collaboré aux gares de Senlis, Lens, Saint-quentin, Noyon, Bois-colombes, Paris-Montparnasse et aux gares maritimes d'Alger et du Havre.

La gare de Brest, construite en béton armé, permet à son maître d’œuvre de développer sa devise "ordre, harmonie et beauté". Cette nouvelle gare, inaugurée en 1937, est bien accueillie par la population, en dépit de quelques commentaires, rapportés par l'Ouest-Eclair, qui fustigent la banalité de l'édifice.

Les bas-reliefs en granite de Ploumanac'h, représentant un pêcheur et un sonneur bretons (manque la représentation d'un calvaire, d'un menhir et de bateaux) sont l’œuvre du sculpteur Lucien Brasseur (1878-1960).

Les bombardements de 1944 endommagent la gare et les bas-reliefs. Les travaux de reconstruction sont évalués à hauteur de 268 millions de Francs en 1951. Sa reconstruction apporte quelques modifications : l'aile nord, pour moitié détruite, n'est pas entièrement reconstruite permettant de créer une voie ferrée supplémentaire. La partie des bas-reliefs détruite n'est pas reconstituée.

La gare départementale est détruite en 1960, pour laisser place à la gare routière : l'environnement proche de la gare de Cassan est de faite modifié.

En 1966, les fresques réalisées par André Coupé, artiste briochin (1932-2009) sont inaugurées. Elles représentent le port de commerce, le château et l'arsenal Brest. Les représentations de la tour Tanguy et du pont de Recouvrance complètent l'ensemble en 1983.

Des aménagements sont réalisés en 1987 en vue de l'arrivée du TGV : déplacements des services, ouvertures plus larges vers les quais, remplacement des baies de la tour d'horloge par des menuiseries en aluminium. Des remaniements ont lieu de nouveau en 2005.