В 1895 году нижегородский губернатор Николай Михайлович Баранов одобрил обращение жителей Арзамаса к правительству с просьбой о строительстве железной дороги от Нижнего Новгорода до Лукоянова через Арзамас. В 1899 году было получено разрешение на строительство железнодорожной ветки от станции Ромоданово до Лукоянова. Работы начались в апреле 1900 года под руководством инженера Г. М. Буганова.
Николай Михайлович Баранов. Нижегородский губернатор
Открытие железнодорожной станции Арзамас-1 состоялось уже 5 сентября 1901 года, когда в город прибыл первый поезд из Лукоянова. Вскоре, 22 декабря 1901 года, открылось и движение через Арзамас поездов из Нижнего Новгорода в Казань. С этого времени город окончательно вошел в общую железнодорожную систему страны. В июле 1903 года на железнодорожную станцию Арзамас-1 прибыл поезд императора Николая II, направлявшегося с семейством на богомолье в Саровскую пустынь. К 1913 году на железнодорожной линии работали две пары пассажирских и две пары грузовых поездов.
Прибытие первого поезда на станцию Арзамас. Открылось правильное пассажирское движение по Ромодановской железной дороге от Арзамаса до Темирязева. В 12.30 на станцию «Арзамас» прибыл первый почтово-пассажирский поезд. 1901 г.
Здание железнодорожного вокзала Арзамас-1 построено в 1899–1901 годах вдоль линии железной дороги Нижний Новгород — Лукоянов. Это одноэтажное прямоугольное здание из красного кирпича с двускатной крышей. Автор проекта инженер Е. А. Гоппиус решил расположить вокзал на горе, на правом берегу реки Теши. Решение во многом было продиктовано тем, что против первоначального плана постройки вокзала на левом берегу Теши выступил протоиерей Федор Иванович Владимирский, считавший недопустимым, чтобы вокзал расположился рядом с Выездновской кладбищенской церковью, так как шумная привокзальная атмосфера трудно совместима с приличествующей такому месту благочестивой и скорбной тишиной. Юго-западный фасад здания обращен к платформе, северо-восточный выходит на небольшую привокзальную площадь. Со стороны платформы были построены широкие пандусы
Железнодорожный вокзал в Арзамасе. Вид со стороны выхода пассажиров к поездам.
После случившегося 4 июля 1988 года взрыва трех грузовых вагонов со взрывчатыми веществами здание вокзала устояло, хотя и было повреждено: взрывной волной в нем выбило окна и двери, сорвало крышу, разрушило часть парапета и вентиляционные трубы.
Вокзал в Арзамасе после взрыва 1988 года. 1988 г.
В здании был проведен ремонт, изменивший облик вокзала.Цоколь строения облицевали мрамором, а также частично изменили внутреннюю планировку. Внешний же вид вокзала остался прежним. На территории железнодорожной станции также расположены водонапорная башня (к юго-востоку от вокзала) и здание туалетов (к северо-западу), выполненные в едином стиле.
Ликвидаторы последствий взрыва вокзала в Арзамасе. 1988 г.
В 1918 году на магистральной линии Москва — Казань открылась еще одна железнодорожная станция, получившая название Арзамас-2. В настоящее время через нее проходят поезда на Москву, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Новосибирск и Уфу. Трехэтажное здание нового вокзала в стиле модерн было построено далеко не сразу — лишь в 1961 году. Площадь вокзала составляет более двух тысяч квадратных метров, проектная вместимость здания — 1000 человек.
Новый вокзал на станции Арзамас-II. 1965–1975 гг.
Паровоз-памятник Эр798-65 у железнодорожного вокзала Арзамас-II
Одной из главных достопримечательностей, располагающихся рядом с вокзалом, считается паровоз-памятник Эр798-65, построенный в 1953 году в Венгрии на заводе «Маваг». Этот памятник железнодорожному движению был открыт по инициативе арзамасских властей 19 августа 2008 года.