火車站是民眾記憶空間的重要建築物之一，許多的悲歡離合與送往迎來，總是在車站內一幕幕上演著。日明治41 年（西元1908 年）臺灣縱貫鐵路全線開通，在臺中公園舉行臺灣縱貫鐵路全通式典禮。日本閑院宮載仁親王來臺參加通車典禮，為此臺灣總督府特別在臺中公園內興建湖心亭，作為迎接貴賓及慶典的場地。
由於當時正值街區改正（即都市計劃），積極推動火車站前的都市計劃，使兩旁的道路景觀煥然一新，特別是新盛街（今中山路）兩旁的街屋建築及綠川各橋樑的建設，讓臺中市贏得「小京都」美譽。
第一代的臺中火車站為木構造建築，日據時期，由於市區發展及車站空間不敷使用，臺中火車站進行改建，日大正6 年（西元1917 年）完成了臺中火車站第二代車站，稱為「臺中驛」，即現在我們所看到的臺中火車站主體建築。
臺中驛改建採自由古典風格，火車站一樓為磚造建築，屋頂採西式木造屋架，並覆以銅板瓦。臺中火車站的建築中軸線設置鐘塔，形成當時臺中市的地標。
車站的立面，外觀以紅磚牆面配上白色水平飾帶，是日本建築師辰野金吾的風格。火車站的山牆下方，裝飾有臺灣本土盛產的香蕉、鳳梨、蓮霧等水果紋飾，將臺灣外銷日本的農產品裝飾其中，極具趣味性與本土性。
進入火車站，月臺上的鐵架雨庇，是日據時期的原物，有「雙斜撐鋼構樑架」及「拱型鋼構樑架」等造型，使用至今已逾90 餘年，讓旅客免於日曬雨淋。目前臺灣僅存新竹與臺中火車站保存此種鐵架雨庇，更顯得彌足珍貴。
臺中火車站後站為昔日台糖公司的中南站，日據時期由「帝國製糖會株式會社」所經營使用，當時鄉村的甘蔗均載運至臺中市的台糖總廠製糖供內外銷，中南站以五分車與太平、霧峰、草屯往來頻繁。民國50 年代隨著汽車客運的發達，五分仔車即結束營運，將中南站改為臺中後站。
民國89 年起由東海大學建築系完成的《藝術家傳習、創作及相關展示場所專案評估》中，提出了《鐵道藝術網路》的構想。位於臺中後火車站的鐵路倉庫遂改成二十號倉庫，成為第一個實驗的地點。在政府的經援下，二十號倉庫有許多藝術家進駐。
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