Cheb stał się ważnym węzłem kolejowym już w 1865 roku, kiedy to linie kolejowe z Bawarii z Regensburga i Hofu oraz linia saska z Lipska zaczęły przebiegać przez to miasto, a obie firmy wybudowały wspólną stację, do której w 1870 i 1872 roku swoje linie przedłużyły także krajowe spółki kolejowe z Pragi i Pilzna. W 1895 roku wybudowano tutaj nowe magazyny i wielostanowiskową halę lokomotyw, które do dziś stanowią jedyne ślady pierwotnego wyglądu stacji – została ona zniszczona w wyniku nalotu lotniczego aliantów 8 i 12 kwietnia 1945 roku, razem z dwoma sąsiednimi blokami miasta. Nowy budynek dworca, połączony z terminalem autobusowym, uzyskał przestronną strefę przeddworcową, której główną osią w kierunku miasta była wytyczona symetryczna aranżacja nowej grupy budynków: hala pasażerska zbudowana równolegle do torów oraz ośmiopiętrowy budynek usługowy na stożkowych filarach, wzniesiony poprzecznie nad halą pasażerską. W miejscu, w którym te dwa budynki się krzyżują, znajduje się wejście do hali pasażerskiej oraz przejście podziemne prowadzące do peronów. Jest to również punkt, który dzieli stację na dwie części: lewa zawiera kasy biletowe kolei i transportu autobusowego oraz wyjście na peron autobusowy; prawa zawiera poczekalnie, kawiarnię, restaurację oraz kawiarnię na pierwszym piętrze. W przedniej części hali pasażerskiej znajdowała się również specjalna poczekalnia dla pasażerów zagranicznych, dla których zarezerwowany był najbliższy peron z rzędem drzew, do którego przylegało biuro celne – stacja ta była również główną stacją graniczną Czechosłowacji i właściwie pierwszą stacją wewnątrz Bloku Wschodniego. Architekt Josef Danda (1906–1999) został głównym projektantem stacji w 1956 roku przez Państwowy Instytut Planowania Transportu przy Ministerstwie Transportu. Danda już wcześniej zdobył renomę jako czołowy specjalista w tej dziedzinie dzięki pracy nad projektowaniem stacji w Pardubicach i Klatowach. Jego decyzja „nadania architekturze zewnętrznej i wewnętrznej optymistycznego charakteru, z pewną monumentalnością zewnętrzną i przyjazną, wesołą atmosferą wewnętrzną” wpłynęła także na staranny dobór materiałów. Zewnętrzna część budynku wykonana jest z ciemnoczerwonych i białych płytek ceramicznych połączonych z szarym kamieniem, natomiast wnętrze dominują szkło, polerowana stal, aluminium oraz modne wówczas materiały syntetyczne: płytki z laminatu formica oraz przede wszystkim sufit z płyt PVC w trzech kolorach. Kolorowy laminat użyto również na zewnętrznej części (częściowo zachowanego) dachu kolumnady otaczającej całą przestrzeń przeddworcową, która łączyła główny budynek z pocztą, zamykającą teren na południowym końcu, oraz z budynkiem biurowym i ośrodkiem zdrowia na końcu północnym. Oryginalne struktury rurowe zadaszeń peronów nie przetrwały. Dekoracje wnętrza powstały w wyniku ogólnokrajowego konkursu zorganizowanego przez Fundusz Sztuk Pięknych w 1960 roku: witraż w oknie głównej fasady zaprojektował Zdeněk Holub, dwie mozaiki po bokach hali z motywami wizualnymi przestrzeni kosmicznej stworzył Jaroslav Moravec, technicznie unikalne ściany z ręcznie uformowanego szkła stworzyli Benjamin Hejlek i Jan Štibych, a metalową rzeźbę obok poczekalni międzynarodowej wykonał Hugo Demartini. Budynek został oficjalnie otwarty 22 grudnia 1962 roku. Pod koniec 2016 roku budynek pasażerski został wpisany na krajową listę zabytków.
