Nádraží leží západně od centra města; severně od středu je ještě zastávka Chomutov město. Několikapodlažní budova má dvě křídla a nástupní verandu na prvním nástupišti. Za kolejištěm stojí bývalá výtopna, dnes veřejnosti přístupný železniční depozitář Národního technického muzea — od budovy se k němu jde po lávce nad kolejištěm.
Železnice tu rostla s těžbou hnědého uhlí: Ústecko-teplická dráha vedla podkrušnohorskou trať z Ústí přes Teplice a Duchcov, Buštěhradská dráha trať od Smíchova přes Žatec a z Chomutova dál do Vejprt. Společnou výpravní budovu začaly obě společnosti stavět 13. srpna 1869. V roce 1872 vzniklo přímo naproti druhé nádraží Duchcovsko-podmokelské dráhy, s prvním spojené ocelovou lávkou; později se z něj stalo nákladové nádraží. Po zestátnění obou drah k 1. lednu 1923 převzaly stanici ČSD, elektrický provoz začal v roce 1991.