В январе 1873 года было открыто постоянное движение поездов на участке Минск–Науя–Вильня. В составе Ландваро-Роменской железной дороги станция Молодечно начала работу по осуществлению перевозки грузов и пассажиров в указанных направлениях. Первым начальником станции был назначен А.Г. Курочкин. После присоединения к Ландваро-Роменской дороге Либавской дороги и образования в 1876 году объединенной Либаво-Роменской железной дороги были включены участки Либава–Кошедары и Радзивилишки–Калкуны. Пассажирское здание тех лет находилось на расстоянии 30 сажень от оси существующего ныне вокзала, возле него проходили два пути для приема и отправления пассажирских поездов с островной платформой. В начале XX века Либаво-Роменскую дорогу в районе станции Молодечно пересекла линия Бологое–Седлец, добавив новые направления на Гродно и Полоцк. Возникла необходимость строительства вокзала островного типа для совместного пользования обеими дорогами, и в 1906 году был построен новый вокзал. После окончания Великой Отечественной войны требовалось восстановление вокзала. В 1947 году работы по восстановлению вокзала были окончены. Для обеспечения возрастающих потребностей города в доставке рабочей силы из деревень в 1953 году было построено деревянное здание пригородных касс, что предоставило людям более комфортные условия при осуществлении пригородных поездок. В 1965 году был произведен капитальный ремонт вокзала, а в период с 1975 по 1977 годы были построены кирпичные здания багажного отделения и пригородных касс. В дальнейшем для создания более комфортных условий для пассажиров и внедрения новых технологий работ постоянно проводились мероприятия по модернизации производственных помещений. В 1994 году была внедрена система для оформления проездных документов «Экспресс-2». В 1998 году открылась касса по продаже билетов в международном сообщении. В 2001 году введен остановочный пункт Фестивальный для обслуживания жителей выстроенного жилого микрорайона. В 2003 году окончена реконструкция здания пригородных касс, с применением современных технологий и материалов. В 2008 году завершена реконструкция вокзального комплекса. В здании вокзала применены современные технологии отопления (теплые полы), приточно-вытяжная вентиляция, установлены 3 современных световых табло. Передача по громкоговорящей связи справочной и текстовой информации производится в автоматическом режиме, оборудован транзитный зал с учетом современных требований по организации комфортных условий пребывания в нем пассажиров, установлены терминалы по получению пассажиром справок самостоятельно, расчету посредством магнитных карточек и банкомат, внедрена система «Экспресс-3», ведется запись переговоров пассажира с билетным кассиром. В 2009 году завершена реконструкция посадочных платформ. В 2011 году к проведению республиканского фестиваля-ярмарки тружеников села «Дажынкi-2011» построен пешеходный мост на станции Молодечно, накрытый светопрозрачной конструкцией из полимерного материала, у входа в центральное здание вокзала станции Молодечно установлена бронзовая скульптура пассажирки-студентки. Сегодня вокзал в Молодечно предоставляет пассажирам следующие виды услуг:
•оформление проездных в международном (страны СНГ и Балтии) и внутриреспубликанском сообщениях, оформление проездных документов от другой станции; оформление проездных документов в дальнее зарубежье в вагоны и поезда формирования Белорусской железной дороги;
•переоформление проездных документов в день отправления на другой поезд или в вагоны высшей категории, продажа абонементных билетов: «на предъявителя», «выходного дня», «рабочего дня», «декадного»;
•продажа разовых пригородных билетов, оформление проездных документов по групповым заявкам, бронирование мест с последующим оформлением в кассе;
•расчет производится по всем видам платежей: наличный, безналичный, по электронным банковским карточкам;
•оформление перевозочных документов на багаж от физических и юридических лиц с оплатой наличным и безналичным расчетом, грузобагажа от предприятий до станций, открытых для этих операций, взвешивание багажа и ручной клади;
•хранение багажа и крупногабаритных вещей, хранение ручной клади в автоматических и стационарных камерах хранения;
•выдача справок о стоимости проезда, времени и маршруте следования поездов, оказываемых услугах, возврат платежей за неиспользованные проездные документы.