En 1846, la réalisation d'une nouvelle ligne reliant Paris à Caen à partir de Mantes-la-Jolie est concédée ; mais les travaux de cette ligne, prolongée jusqu'à Cherbourg, ne commencent qu'en 1853 du fait de la crise financière de 1847 puis des événements de 1848. À Caen, une vive polémique oppose les édiles et la compagnie du chemin de fer de Paris à Caen et à Cherbourg sur l'emplacement de la nouvelle gare à construire. Six projets sont proposés, mais deux options principales sont en fait opposées : l'un prévoit de construire la gare au plus près du centre-ville, l'autre à proximité du port de Caen. Faute d'accord, le premier train de la Compagnie des chemins de fer de l'Ouest (qui a absorbé la compagnie du chemin de fer de Paris à Caen et à Cherbourg) arrive le dans une gare provisoire bâtie à Mondeville. Après avoir été officiellement inaugurée le 23 décembre suivant, la gare est ouverte à l'exploitation le 29 décembre 1855.