La prima stazione di Sant'Andrea costruita nel 1887, su progetto dell’architetto Seeling è un bellissimo esempio di stile Liberty applicato agli edifici pubblici o industriali.L’edificio, strutturalmente molto movimentato, si presenta con un corpo centrale in più livelli e più corpi collegati.
Le facciate tipicamente liberty, presentano ampie vetrate interrotte da una tettoia in ferro con ricche elaborazioni, la decorazione anche se austera presenta elementi floreali.

All’inizio del Novecento la stazione subì un vasto ampliamento in concomitanza con la costruzione della Transalpina e dell’attuale porto nuovo: tali opere richiesero importanti lavori di interramento nella zona grosso modo compresa tra la Lanterna e l’Arsenale del Lloyd. La nuova stazione venne dotata di un grande fascio di smistamento con 24 binari, di una tettoia viaggiatori con fabbricato di testa servito da quattro binari a scartamento ordinario ed uno a scartamento ridotto, di uno scalo merci con due vasti magazzini serviti da binari coperti. Tra il fabbricato viaggiatori ed i magazzini venne sistemato il piazzale a scartamento ridotto della Parenzana con le relative attrezzature. Fu anche realizzato un deposito locomotive con rimessa a rotonda a dieci binari, servita da una piattaforma girevole di 18 metri.
Nel 1906 la stazione diveniva così un capolinea di primaria importanza appartenente sin dall’origine alle Ferrovie statali come le linee che vi facevano capo. La sua denominazione ufficiale fu Triest Staatsbahnhof (Trieste Stazione dello Stato).
Nel 1923 la denominazione divenne quella attuale di Trieste Campo Marzio.
Nel primo dopoguerra, pur essendo uno scalo di notevole capacità e, per quei tempi, modernamente attrezzato (già nel 1906 vi era un impianto centralizzato per la manovra degli scambi), l’importanza di Trieste Sant'Andrea diminuì poiché i nuovi confini avevano mutato gli equilibri economici e le direttrici del traffico). Con la Seconda Guerra Mondiale i servizi viaggiatori a lungo percorso diminuirono sino a cessare del tutto, nel 1935 venne chiusa la Parenzana, dal 1945 cessava il servizio viaggiatori per la Transalpina e, con la chiusura della linea per Erpelle, nel 1959, la stazione perdeva il suo ultimo servizio passeggeri.
Si determinò così l’abbandono del fabbricato principale della stazione, già depauperato per ragioni belliche della caratteristica e monumentale tettoia (1942). Solo dopo l’apertura del museo ferroviario le Ferrovie dello Stato disporranno il restauro di tutte le opere murarie esterne, restituendo decoro alla pregevole opera architettonica che tuttavia rimane ancora priva della originaria copertura dei binari.