Le bâtiment s’étend sur 153 mètres de long, et 17,2 mètres de large, le tout sur une hauteur de 10,3 mètres. L’ensemble articule une ossature métallique avec une infrastructure en béton armé, et une façade vitrée. Après les Jeux, certains quais ont été supprimés, et la gare est devenue un équipement ferroviaire dimensionné pour la ville.

La réalisation de cette gare s’est assortie du déplacement de la ligne de chemin de fer à 2,5 km plus au sud, selon les préconisations de l’architecte-urbaniste Henry Bernard, nommé à l’époque pour élaborer un plan d’aménagement d’ensemble de Grenoble et de ses communes environnantes. Il reprochait au tracé d’origine qui sillonnait en ville de couper celle-ci en deux, et de bloquer la circulation urbaine.

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Comme pour la plupart des équipements olympiques, les travaux se déroulèrent en un temps record : démarré en avril 1966, la gare et son réseau renforcé étaient opérationnels début 1968. Les entreprises eurent recours à des procédés modernes de préfabrication des pièces composant l’équipement.

En 1986, l’arrivée de la gare routière et de la ligne de tramway transforment le lieu en un pôle multimodal. De 2014 à 2017, un vaste chantier de rénovation y a apporté un voile de modernité : celle de notre époque.