Рух пасажирських поїздів через станцію було відкрито 22 вересня (5 жовтня) 1866 року, саме в цей день прибув перший поїзд зі станції Полоцьк. Будівля тодішнього вокзалу була триповерховою.
Під час Другої світової війни вокзал було повністю знищено і відбудовано, а фактично відбудовано знову лише 1953 року, через дев'ять років після відновлення залізничного сполучення в місті.
Станція під час Другої світової війни
Перевезення радянських військовополонених німцями (вересень1941)
З 1990-х років щорічно проводилися ремонтні роботи та оновлення інфраструктури. З 1999 року на вокзалі Вітебська працює система візуального інформування пасажирів і автодиктор на базі програмного синтезатора мови.
2011 року було закінчено капітальну реконструкцію всього вокзального комплексу.