天水站始建于1944年，建站初期，站房为一层砖木结构灰瓦平房，建筑面积仅527平方米，发送旅客百余人。1989年进行了第一次升级改造，但候车面积仍然不足1500㎡，售票室仅254㎡。如今，改扩建后的天水站站房总建筑面积达到10916㎡，旅客公用使用面积增加2928㎡，其中候车厅新增1762㎡，售票厅新增746㎡，旅客服务场所新增420㎡，候车厅增加为3个。

天水火车站站房的改造设计，秉承“修缮老建筑保存城市记忆，扩建体量与老建筑和谐共生，简化流线提升内部空间品质”的理念，在外部造型及内部空间的塑造中展现天水本土文化和天水站文化，使整个建筑成为展示城市文化的窗口和车站文化的博物馆，将为车站创新发展和天水市经济社会发展注入新的活力。

此外，融入自然元素也成了此次改造的亮点。

全新投入使用的售票大厅不仅在设计格局上得到了提升，而且全部采用索乐图日光照明系统替代日间的电力照明。选用了索乐图 750DS，直径530mm商用系列，采用革新的工程技术，使得整套系统具有接近人工光源般平衡的照度、稳定的输出光通和更优化的热工性能。

当建筑空间中被引入了充足且稳定的自然光时，能够减少照明灯具的使用，利于节能；同时，出于对照明系统安全性的考量，采用自然光照明能在电力系统失效时发挥作用，不至于导致事故发生。