Description historique
L'exploitation de la ligne de Paris à Mulhouse est concédée en 1853 à la Compagnie du chemin de fer de Paris à Strasbourg (qui devient l'année suivante la Compagnie des Chemins de Fer de l'Est). Les gares de Saint-Loup-sur-Semouse et de Conflans-sur-Lanterne, les plus proches de Luxeuil, ouvrent en 1860. Parallèlement, la construction d'une ligne entre Plombières et Luxeuil est envisagée en 1856, mais les communes n'arrivent pas à réunir l'argent nécessaire pour financer le projet. En 1863, une concession est accordée à la Compagnie des Chemins de Fer de l'Est pour la construction d'une ligne entre Aillevillers et Lure qui passerait par Luxeuil. Une subvention de 70 000 francs est votée par la Ville pour soutenir le projet en 1869. C'est seulement après la guerre de 1870 et l'annexion de l'Alsace-Moselle que le projet aboutit. Il s'inscrit dans le cadre du plan Freycinet de 1875. L'enjeu est alors de relier Épinal à Belfort. L'emplacement de la gare est discuté au conseil municipal en 1875. Celui-ci se prononce en faveur d'une gare près du centre ancien dans une délibération du 8 mars, avant de se ranger à la proposition de la Compagnie le 19 mai. Le site choisi est à l'écart de la ville, comme le note un guide de 1892 : "En stoppant à la gare de Luxeuil, l'étranger ne manque pas de jeter un premier regard sur la vieille cité. En effet, placée à un point culminant, la gare ressemble à un belvédère d'où l'oeil jouit d'un panorama remarquable sur l'ensemble de la ville." La ligne ouvre en 1878. La façade de la gare porte la date d'achèvement de sa construction : 1879. Le modèle de l'édifice est celui que l'on retrouve à Plombières. Il est attribué à l'architecte de la Compagnie, Paul-Adrien Gouny. Le premier train arrive en gare de Luxeuil le 18 mai. À partir de l'année suivante, sept trains par jour, dans chacun des deux sens, circulent sur la ligne. La durée du trajet depuis Paris est de 7 heures avec une correspondance de 30 min. À partir de 1893, un "train des eaux" direct dessert à la fois les stations de Luxeuil et de Plombières entre le début de juin et la fin de septembre. Les tarifs en 1908 sont les suivants : 45,25 francs en première classe, 30,55 en deuxième et 19,90 en troisième classe. Le "train des eaux" est supprimé en 1950. Construite à double voie, la ligne est mise à voie unique entre Aillevillers et Lure en 1978.
