Железнодорожный вокзал в Вилейке считается одним из самых старых зданий города. Его построили в 1906 г. и 1 января 1907 г. состоялось открытие станции.
В те времена вокзалы возводили по нескольким типовым проектам и в едином архитектурном стиле. По степени оснащения и стратегического значения станции делились на классы. Станция в Вилейке имела депо, поэтому относилась к 3-му классу.
Впервые идея строительства железнодорожной линии Бологое-Полоцк-Седлец обсуждалась в феврале 1901 г. во время встречи руководства генеральных штабов России и Франции, а 5 марта 1902 г. был утвержден окончательный маршрут линии. От Бологое до Полоцка она почти полностью проходила по необжитым территориям густого леса. Руководителем будущих работ на участке в 450 верст стал Александр Рыжов, который детально исследовал местность. Участком Полоцк-Седлец в 590 верст руководил Владимир Тимофеев-Расовский. По утвержденному положению на случай резкого увеличения транспортных потоков линия должна была иметь по два пути опоры мостов и земляное полотно. По требованию военных также были запланированы дополнительные пути, теплые бараки для солдат, конюшни с водой, погрузочные площадки, пункты питания и бани на станциях 3-го класса.
Станция Вилейка построена из красного кирпича в стиле модерн и представляла собой целостный архитектурный ансамбль: вокзал с буфетом площадью 75,03 кв. саженей, пассажирская платформа, водонапорная башня, служебные и хозяйственные сооружения. При приближении к станции первой открывалась взору верхушка водонапорной башни, или, как тогда писали в документах, «водоемное здание». Такие башни строились через 20 километров, так как примерно такое расстояние мог пройти паровоз без дозаправки водой. Воду в огромный бак накачивали из реки Вилия. Это красивое строение из красного кирпича, с ажурными орнаментами и плинтусами сохранилось до наших дней.
Внутреннее устройство вокзала в XIX – начале XX вв. прежде всего определялось классовым делением его пространственных зон на отдельные помещения, предусмотренные для пассажиров разных социальных групп. В центре вокзала размещался вестибюль, в котором устраивались билетные кассы и багажное отделение, предназначенные для пассажиров всех классов. В боковых же частях вокзала происходило разделение на классовые категории: с одной стороны размещались помещения, предназначенные для привилегированных пассажиров, с другой – для пассажиров III и IV класса.
После успешного завершения Вильнюсской оборонительной операции и освобождения города в сентябре 1915 г. на железнодорожной станции Вилейка произошли два важных события, в которых приняли участие представители царствующей династии Романовых. Так, 28 сентября великий князь Георгий Михайлович Романов от имени Верховного Главнокомандующего Русской Императорской Армии вручал награды отличившимся в боях солдатам.
А 23 декабря для осмотра войск 2-й армии Западного фронта сюда прибыл и сам император Николай II, который после записал в своем дневнике: «... утром поезд прошел Молодечно и в половине 10 часа остановился в Вилейке. Здесь находился командующий 2-й армией и почетный караул от 113-го пехотного Старорусского полка. Погода стояла теплая, и даже солнце выглянуло на часа полтора...».
Время, события и люди внесли свои коррективы, изменив внешний облик здания и водонапорной башни.
В 1920-30-е годы, когда территория Вилейщины, как и всей Западной Беларуси, входила в состав Польши, здание железнодорожного вокзала было перестроено. Появился второй этаж, где долгое время проживали служащие железной дороги. В торцах исчезли окна, уступив место дверям. В таком виде вокзал сохранился до наших дней.
Эти квартиры были построены при Польше для работников железной дороги. Вилейка тогда была маленьким городом, жилья не хватало. Поэтому было принято решение надстроить мансардное помещение с квартирами и заселить их работниками станции. Эти квартиры построили в конце 20-х – начале 30-х гг., но точная дата неизвестна. Сначала в них жили польские работники станции, а во время оккупации Вилейки в годы Второй мировой войны – немецкие. Последние лет 20-30 квартиры пустовали.
Квартиры под крышей вокзала были маленькие, одно- и двухкомнатные. Вход в них был со стороны города. Два крыльца вели к узким лестницам. Отапливались квартиры печками.
После строительства железной дороги Вилейка стала стремительно расти. Железная дорога поспособствовала оживлению торговли, развитию промышленных предприятий и ремесел, появились новые профессии и рабочие места. Все это привело к росту населения и увеличению его благосостояния.
В 2019 г. была проведена реконструкция вокзала. Здесь были оборудованы пандусы, обновлён зал ожидания, подведено центральное тепло- и водоснабжение, при этом исторический облик здания был полностью сохранён.
В 2021 г. вилейским музеем было предложено включить здание вокзала в Государственный список историко-культурных ценностей Республики Беларусь с присвоением категории «3».