Dispone únicamente de servicios de Media Distancia, operados por Renfe, que la unen con Zaragoza. También ofrecía conexiones internacionales con Francia, pero éstas quedaron suspendidas en 1970 cuando un tren de mercancías descarriló del lado francés provocando el derrumbe del puente de L’Estanguet, con la consiguiente interrupción del servicio entre ambos países. Desde entonces, el transporte de viajeros se hace por carretera con un autobús que pone la Región de Nueva Aquitania para la SNCF.

El 15 de abril de 2021 se inauguró la nueva estación de viajeros, rehabilitando parcialmente dos antiguos hangares de mercancías.^[3] En 2023 se inauguró en su interior un hotel de lujo, tras meses de reformas. En 2025, se inició el servicio ferroviario de nuevo con la línea 56 de media distancia.

La estación internacional de Canfranc encuentra su origen en la voluntad de unir Francia y España atravesando los Pirineos por Somport. Para ello ambos países firmaron diversos convenios, el primero en 1904, y protocolos posteriores que marcaron las líneas de actuación. En 1915, se concluyeron las obras del túnel ferroviario. En 1923, se iniciaron las obras de la estación siguiendo el proyecto del ingeniero Fernando Ramírez de Dampierre. Dicho proyecto sufrió algunas modificaciones por parte de los ingenieros del Ministerio de Fomento que decidieron sustituir la mampostería de las fachadas por hormigón. Tras cinco años de obras, el 18 de julio de 1928 el nuevo edificio fue oficialmente inaugurado en presencia de Alfonso XIII y Gaston Doumergue, rey de España y presidente de la República Francesa respectivamente.

Las considerables dimensiones de la estación y del complejo ferroviario se justifican por albergar en el mismo espacio todas las necesidades de un paso internacional de la época desdoblados: taquillas, oficinas de ambas operadoras del servicio: Caminos de Hierro del Norte de España y Chemins de Fer du Midi, el puesto de cambio de moneda, aduanas de ambos países, comisarías de policía y carabineros, correos, telégrafo público, enfermería, oficinas de Hacienda, cantina, restaurante, un hotel internacional, alojamientos para los ferroviarios de ambos países, garajes o hangares para mercancías. Todos los habitáculos tenían letreros bilingües en francés y en español. La mitad del complejo era francés y la otra mitad español, la propia estación, aunque situada en territorio español, gozaba de extraterritorialidad, y funcionaba como frontera de facto de ambos Estados.

Disponía también de playas de vías de ancho internacional (UIC) a un lado (1435 milímetros) electrificadas a 1500 V de c.c. y de ancho ibérico al otro (1668 milímetros), con locomotoras de vapor y la correspondiente placa giratoria y depósito de locomotoras. Dado que el ancho de vía de ambos países era diferente, todas las mercancías tenían que ser trasbordadas de los trenes de un ancho a los del otro para continuar, al igual que ocurría con los viajeros. Por el túnel internacional, de 7875 m de longitud, discurría la vía única de 1435 mm de ancho, y estaba electrificada, al igual que todo el recorrido hasta Pau.

En septiembre de 1931 parte de la estación sufrió daños importantes debido a un incendio que se inició en el vestíbulo y que luego se propagó a la biblioteca, destruyendo en su totalidad el restaurante de la estación y afectando a la techumbre de madera. Aunque inicialmente se señaló que un cortocircuito había sido el culpable del incendio posteriormente se descartó dicha causa y se habló de un incendio casual.

Durante la guerra civil española pasó a ser controlada por el Ejército franquista, siendo tapiado el túnel que la unía con Francia para evitar cualquier tipo de penetración desde el país vecino. Reabierto en 1939, la Segunda Guerra Mundial y el ocaso de la guerra supusieron la llegada de la Wehrmacht alemana nazi a la parte francesa de la estación. Esto generó algún roce con los militares españoles que seguían controlando la parte española del recinto. En Canfranc transbordaban los trenes que transportaban el wolframio que Alemania empleaba para reforzar el acero de sus tanques.[9] A cambio, toneladas de oro que venían de Suiza entraban en España. En 1941, con la nacionalización de los ferrocarriles de ancho ibérico, las instalaciones de la parte española pasaron a manos de RENFE. La parte francesa pasaría, al terminar la II Guerra Mundial, a depender del ente estatal francés Société Nationale des Chemins de Fer (SNCF). No obstante, el servicio internacional volvió a quedar interrumpido entre 1945 y 1949 por desavenencias con el gobierno francés.

El 27 de marzo de 1970 se cerró el tráfico internacional tras el derrumbe del puente de L’Estanguet a consecuencia del descarrilamiento de un tren de mercancías francés. Esto generó una drástica reducción del tráfico ferroviario y marcó el inicio de su decadencia.

Fue declarada Bien de Interés Cultural, en la categoría de «monumento», el 6 de marzo de 2002.

El 15 de abril de 2021 se inauguró la nueva terminal y el 8 de junio de 2025 se reanudaron los servicios ferroviarios entre Zaragoza y Canfranc.