Als die Preußischen Staatseisenbahnen am 2. Oktober 1905 die Teilstrecke Heringen – Vacha der Werratalbahn eröffnen, ist auch Heimboldshausen im Eisenbahnzeitalter angekommen. Knapp sieben Jahre später wird der kleine Ort sogar zum Eisenbahnknoten: 1912 eröffnet die Hersfelder Kreisbahn ihre Strecke und diese mündet hier in die Werratal-Trasse.

Das Bahnhofsgebäude entstammt dem „Architekturbaukasten“ der Preußischen Staatseisenbahnen für den mitteldeutschen Raum und zeigt sich bis heute im weitgehend ursprünglichen Zustand: Das dreigeschossige Gebäude mit Krüppelwalm und Querhaus ist im Obergeschoss als Fachwerkbau ausgeführt – lediglich die angebauten Lagerschuppen wird im Laufe der Jahrzehnte verändert und erweitert.

Die ursprüngliche Funktion des Gebäudes scheint allerdings heute verloren: Der Personenverkehr auf der Werratal-Bahn wird aufgrund der deutschen Teilung im Mai 1960 endgültig einstellt und die Hersfelder Kreisbahn hört Ende 1993 – wenige Jahre nach der Wiedervereinigung – auf zu existieren. Seitdem verkehrt auf den Gleisen vor dem Gebäude nur noch der Güterverkehr, lediglich der Bahnhofsvorplatz wird von mehreren Buslinien als Haltestelle genutzt.

Neuerdings gibt es aber ernsthafte Bestrebungen, den Personenverkehr auf der Werratalstrecke zwischen Gerstungen und Bad Salzungen wieder neu zu beleben. Und wer weiß - vielleicht herrscht bald wieder neuer Betrieb im alten Bahnhof.