Pieksämäen rautatieasema rakennettiin vuosina 1887–1889 Oulun radan IV-luokan tyyppipiirustus n:o 2 (Knut Nylander) mukaan. Sitä laajennettiin vuonna 1902 (Bruno Granholm) yhdellä ikkuna-akselilla pohjoiseen alkuperäistä rakennustapaa noudattaen. Asema korotettiin III luokkaan vuonna 1914 ja II luokkaan vuonna 1918. Pieksämäen kaupungin ylläpitämä Savon radan museo aloitti toimintansa asemalla 1.10.1989.
Ulkoasultaan lähes alkuperäisenä säilyneellä ja tyyliltään uusrenessanssia muistuttavalla Savon radan asemalla on rakennushistoriallisia arvoja. Yleis- ja asemakaavassa suojeltu asema on osa valtakunnallisesti merkittävää rakennettua kulttuuriympäristöä sekä rautatiesopimuksen kohde.