Für den Bau des Hauptgebäudes des Bahnhofs in Weilburg war der aus Diez an der Lahn stammende Hochbauarchitekt Heinrich Velde (1927 bis 1905) verantwortlich. Aufgrund dessen findet sicher der Aufbau des typisierten Gebäudes auch an anderen Bahnhöfen, etwa in Diez, Bad Ems und Rüdesheim am Rhein. Das Gebäude wurde kurz nach dem Diezer Bahnhof fertiggestellt.

Das circa 700 Quadratmeter große Hauptgebäude des Bahnhofs besteht aus zwei erhöhten, dreigeschossigen Kopfbauten und einer dazwischen gelegenen, zweigeschossigen Pultdachhalle. Jeder der Giebel der beiden Kopfbauten besitzt einen umlaufenden Fries sowie stadtseitig zwei weibliche, ins Mauerwerk eingelassene Büsten.
Anfang des 20. Jahrhunderts entfernte man den an das Gebäude anschließenden Bahnsteig und ersetzte ihn durch einen Inselbahnsteig, der durch einen Tunnel erreicht werden kann.
Im Zweiten Weltkrieg wurde die Pultdachhallte des Hauptgebäudes geschädigt, sie wurde anschließend in vereinfachter Form wiederaufgebaut.
Im Jahr 2005 kaufte die Stadt Weilburg das Hauptgebäude des Bahnhofs. Sie verkaufte das Gebäude anschließend an einen Investor, heute finden sich dort ein Hotel mit Restaurant, ein Kiosk sowie eine Mobilitätzentrale. Durch die Nutzung befindet sich das Gebäude heute in einem guten baulichen Zustand.

(Jörn Schultheiß, hessenARCHÄOLOGIE, 2017)

Internet
weilburg-lahn.info: Überblick zur Geschichte der Lahntalbahn aus Anlass des 150. Jahrestags ihrer Ankunft in Weilburg (PDF-Dokument, 9 MB, abgerufen 17.05.2017)
weilburg-lahn.info: Bahnhofsgebäude (abgerufen 17.05.2017)