La gare de Châteaubriant est construite par la Compagnie de l'Ouest, responsable de la ligne Sablé-Châteaubriant, après acceptation du ministre des Travaux publics le 17 juin 1875. Le gros œuvre est achevé à la fin de juin 1877. Elle est inaugurée le 23 décembre 1877 avec faste : jeux, feux d'artifice, retraite aux flambeaux, grand banquet dans la halle aux marchandises, concert de la fanfare du marais de Paris, bénédiction de la gare et des locomotives par Monseigneur Le Coq, évêque de Nantes. L'exploitation de la gare est régie par une convention signée le 1er août 1877 entre la Compagnie de l'Ouest et la Compagnie d'Orléans, gestionnaire de la ligne Nantes-Châteaubriant : la Compagnie de l'Ouest administre la gare des voyageurs et la gare des marchandises et la Compagnie d'Orléans paye un loyer. Chaque compagnie possède son dépôt des machines. En quelques années, la gare de Châteaubriant devient un nœud ferroviaire important : ligne vers Redon (1881), ligne vers Rennes et Vitré (1881), ligne vers Saint-Nazaire (1885), ligne vers Ploërmel (1896), ligne vers Ancenis (1913). Elle dessert 7 479 habitants en 1911. Elle est réaménagée dès 1881 pour l'ouverture des lignes vers Rennes, Vitré et Redon et considérablement agrandie en 1885-1889 pour l'ouverture de ligne vers Saint-Nazaire : agrandissement des ailes du bâtiment des voyageurs de 10 m. Pour répondre à la croissance du trafic et aux exigences de confort des voyageurs, des travaux sont entrepris en 1898 et 1901 : extension des annexes et des quais, remplacement du 1er bâtiment du buffet construit au début des années 1880 et situé à droite de la gare par un nouveau buffet plus grand placé à gauche. Les quais et les bâtiments dédiés aux marchandises connaissent à la même période de profonds remaniements : en 1885, la compagnie de l'Ouest étend sa halle aux marchandises, construit un nouveau dépôt pouvant accueillir 9 machines et convertit son ancien dépôt en dortoir et chauffoir pour les conducteurs et en atelier de réparation. Le trafic de marchandises est centré autour du transport des minerais provenant de Segré et se dirigeant vers Saint-Nazaire. Aussi le 28 mars 1912, le ministère des Travaux publics autorise le doublement des voies entre Montoir, Châteaubriant et Segré. Mais en 1927, le projet de création d'une gare de triage initialement prévue en 1914 est repoussé, car l'activité des ardoisières et des mines de fer stagne et ne justifie plus les travaux. La commune de Châteaubriant espérait notamment ces travaux pour "réduire le chômage de la région". En 1936, la gare se place au 2e rang pour le transport d'expédition de bovins de la région. D'après certains témoins, elle se situerait même au 3e rang national dans les années 1950-60 avec 1500 à 2000 bestiaux transportés. Les bêtes d'élevage partaient vers le Nord (Abville, Lille) et les bêtes à viande vers le Sud-Ouest (notamment avec les frères Spanghero pour le cassoulet). Les fonderies utilisaient aussi la gare tant pour l'importation des matières premières (sable provenant d'Etampes, charbon) que pour les exportations de charrues. Ainsi, l'entreprise Huard possédait une desserte menant directement à la gare et l'utilisait 2 fois par jour pour acheminer les matériaux. Dans les années 1990, le trafic est surtout marqué par le transport de wagons démantelés de l'usine ABRF. La station des voyageurs du tramway de la ligne Châteaubriant - Erbay - Ancenis était initialement placée dans un café. Afin de faciliter les correspondances, un bâtiment en ossature bois et remplissage brique est construit en 1912 sur la place de la gare ferroviaire des voyageurs. Il comprend un bureau et une salle d'attente avec des banquettes en bois. En 1952, l'aubette est déménagée pour devenir la maison du concierge de l'Entreprise Huard.Trois halles sont élevées pour abriter les locomotives, les voitures des voyageurs et les marchandises. Pour la manutention des chaux et castines, un quai spécial est construit en hauteur, permettant d'un côté le transbordement vers les wagons des compagnies et de l'autre vers les carrioles puis les camions des particuliers.