1994年4月10日，溫州站設計方案選定，設計面積為23500平方米，其中屬于鐵路使用功能的建筑面積為12500平方米。同年8月3日，溫州站站房設計通過會審。

1995年2月13日，溫州站開始進行為期5個多月的軟地基處理，該工程軟地基長480米,平基1.55萬平方米，鋪沙層1.44萬平方米，鋪設土基1.4萬平方米。同年4月12日，溫州站舉行奠基儀式。同年5月進場施工。

1996年7月31日，溫州站結頂。

1998年6月11日，溫州站建成投入使用 。

2001年12月26日，溫州站通過ISO9001:2000國際質量管理體系認證。

2020年6月20日起，溫州站實施電子客票 。

溫州站總占地面積15萬平方米，主站房建筑面積3.6萬平方米。擁有近6.5萬平方米的站前廣場，全站設有行政、行車、票務、客運、行包5個作業區。

溫州站設有7個站臺、13條股道、4個風雨棚、4個跨線式高架候車廳和1條出站地道,采用高進低出乘降方式，配備中央空調、自動扶梯、電子引導、電視監控等現代化系統。

2007年，發送旅客420萬。

溫州站從人員調配、安全控制、宣傳營銷等方面著手進行服務。車站在問訊窗口、行李寄存處實行站立服務，對所有直接接觸旅客的崗位強制推行“十字”文明用語，在市內和鄰縣（市）設立了40多個客票代售點，開發了行包送貨上門，電話訂票、送票上門等服務項目，實現了管理系統化、售票電腦化、旅客導向電子化和廣播自動化，配置了手機快速充電站、旅客問訊自動系統和指紋、密碼行李寄存箱等先進服務設備設施，滿足旅客旅行生活的需求。

溫州站位于溫州大道與車站大道“T”字形交叉口，周邊500米內共有7個公交站點，分別為：快速公交火車溫州站、火車溫州站公交樞紐、火車溫州站廣場（雙向）、火車溫州站（雙向）、快速公交錦源路口。

火車溫州站公交樞紐1-11號上客區在廣場東側，呈“U”狀排布，其中1號上客區位于最東北端。該站下客區在11號上客區附近，快速公交（B109路除外）上下客區在廣場北側。

（注：下表中“上車點”后注明的數字為上客區編號，注“B”的為快速公交上客區。）

溫州站未來將引入溫州軌道交通S1線 。

溫州站出租汽車候車廊位于溫州站站前廣場北部偏西位置。旅客到達后，可在西出站口出站，并向北步行約100米進入候車廊。

根據《溫州市發改委關于調整溫州火車站場停車收費標準的批復》（溫發改費〔2016〕121號）精神，2016年5月5日上午，市軌道交通資產經營管理有限公司正式執行溫州火車站廣場機動車輛停放收費新標準。

火車站機動車輛停放收費采用智能系統電子計時制，即車輛駛入廣場被停車管理系統識別時起計，小型機動車停放收費標準為：30分鐘免費；30分鐘至1小時（按1小時計費），5元/輛；1小時后每小時加收5元/輛；24小時內最高不超過25元/輛；連續停放時間超過24小時的，超過部分按上述規定重新計費。大型車輛停放收費標準為小型機動車收費標準的2倍收取。

1998年，溫州站被評為溫州市衛生先進單位。

1999年，溫州站被評為溫州市文明單位，浙江省衛生先進單位。

2001年，溫州站被評為浙江省文明單位。

2003年，溫州站被評為全國精神文明建設工作先進單位。

2005年至2007年，溫州站連續三年被評為溫州市雙千結對共建文明工作先進崗位。

2006年，溫州站被評為溫州市十佳文明禮儀示范窗口，浙江省文明示范窗口，浙江省二十佳文明禮儀示范窗口。

2007年，溫州站被評為溫州市社會治安綜合治理先進單位，浙江省工人先鋒號和巾幗文明崗。

2008年，溫州站售票作業區獲“浙江省巾幗文明崗”稱號。

2010年，溫州站客運問訊處獲得“浙江省巾幗文明示范崗”、售票作業區榮獲“浙江省三八紅旗集體”稱號。

2011年5月，溫州站客運作業區獲“省級青年文明號”稱號。同年10月，溫州站榮獲省級“新老兵運輸工作先進單位”稱號。

2013年6月，溫州站行車作業區被評為“2011-2012年度全國青年安全生產示范崗” 。