Pekalongan salah satu kota perdagangan yang memiliki andil besar dalam roda ekonomi Jawa Tengah. Komoditas yang sangat terkenal di Pekalongan adalah batik. Selain batik, perikanan juga menjadi komoditas primadona dalam ha potensi daerah. Maka dari itu, perlu adanya transportasi demi mendukung kegiatan (berdagang) tersebut. Pemerintah kolonial menilai ini sebagai kesempata untuk pengembangan ekonomi. Dua langkah yang dilakukannya adalah adanya pelabuhan sebagai pelabuhan perikanan di Jawa Tengah. Kedua membangun jalur transportasi darat lewat jalur kereta api.
Stasiun Pekalongan yang sekarang diresmikan pada 12 Januari 1920. Sebelumnya telah berdiri stasiun yang dibangun pada 1898 oleh Semarang-Cheribon Stoomtram Maatschappij (SCS). Bangunan stasiun lama adalah bangunan kecil dan sederhana dari kayu. Sedangkan pembangunan stasiun baru dilakukan bersamaan dengan ditingkatkannya jalur Semarang-Cirebon dari jalur trem atau jalur kelas 2 (spoorwegen der 2e klasse) menjadi jalur kelas 1 (spoorwegen der 1e klasse). Peningkatan ini memungkinkan peningkatan kecepatan dan daya angkut kereta api yang melintasi jalur ini. Dengan demikian stasiun yang lama dirasakan tidak memadai lagi.
Bangunan stasiun baru berupa stasiun paralel yang membujur arah Timur-Barat, menggunakan konstruksi rangka kayu. Atap bangunan ini berbentuk pelana bertingkat tiga, dengan celah diantara setiap tingkat untuk mengalirkan udara. Untuk mendapatkan bentang yang lebar pada Stasiun Pekalongan ini digunakan kuda-kuda kantilever kayu dengan batang tarik dari besi. Peron beserta dua jalur rel dan uang-ruang pelayanan yang diletakkan sejajar emplasemen seluruhnya berada di bawah naungan atap ini. Ruang-ruang seperti hall, ruang tunggu, ruang penjualan tiket, pengatur perjalanan dan ruang kepala stasiun mempunyai dinding terbuat dari batu bata, terlepas dari struktur utama yang terbuat dari kayu.
Saat ini peron telah ditinggikan sebagian untuk memudahkan naik dan turunnya penumpang kereta api. Selain itu untuk menandai pintu masuk utama, di bagian depan stasiun telah ditambahkan kanopi aluminum dengan lisplang lebar gaya tahun 1980an.
