En el proyecto de 1873, Salustio González Regueral había propuesto un edificio estación, del que no ofrece indicaciones sobre el aspecto formal, cuyas dimensiones en planta serían treinta y cuatro metros y medio de largo por doce y medio de ancho, capacidad suficiente, a juicio del ingeniero, para cubrir todos los servicios con comodidad y además permitir la residencia en el mismo de los empleados. Acompañarían al inmueble dos construcciones auxiliares destinadas a excusados y estanco de efectos timbrados. Para la obtención de materiales, tanto mampostería como sillería, recomendaba "las excelentes canteras utilizadas para la construcción urbana (...) y entre ellas la de Bustiello, situada a corta distancia de la población, no más de mil quinientos metros". El presupuesto manejado en esa fecha era de 92.229,96 pesetas.
El proyecto definitivo del edificio de viajeros fue conocido por la prensa regional en septiembre de 1889, mes en el que comenzaron las obras del mismo. Las dimensiones en planta proporcionaban una superficie de cuatrocientos cuarenta y cinco metros cuadrados (cuarenta metros y medio de fachada por once metros de ancho). El cuerpo central, de dieciocho metros de largo albergaba las habitaciones del Jefe de Estación en el piso superior. El pabellón derecho (norte) contenía tres salas de espera segregadas por clases y el izquierdo (sur) la oficina del jefe, taquilla, factoría de equipajes, gabinete telegráfico y cantina. El vestíbulo de ochenta metros cuadrados (10,7 x 7,40 metros) resultaba más espacioso que el de la estación de Oviedo. La elevación total hasta la coronación era de diecisiete metros. En la fachada a la vía un andén de cinco metros de ancho estaba cubierto por una marquesina metálica, apoyada en la pared y en cinco columnas de hierro, que avanzaba un metro y setenta centímetros sobre la vía. Los materiales empleados eran ladrillo y sillería en las fachadas y una armadura metálica como soporte de la techumbre.
Frente a lo parco de otras descripciones, la prensa regional no ahorró elogios para este edificio al que adjetivaba de "lindísimo y de muy elegante corte", considerando que "su estilo arquitectónico es el francés moderno, recordando algo las estaciones entre Hendaya y Burdeos". Estas valoraciones no son el halago de una prensa servil con la poderosa empresa ferroviaria, antes bien, "El Carbayón" y el resto de publicaciones regionales habían dado múltiples muestras de beligerancia para con la Compañía del Norte por los deficientes servicios prestados por esta. Sin embargo, era cierto, y afortunadamente todavía podemos comprobarlo hoy en día, que el edificio de viajeros de Avilés presentaba detalles formales que le hacían destacar dentro de la arquitectura ferroviaria regional erigida hasta entonces. El Caserón del Langreo en Gijón o los embarcaderos de la Compañía del Noroeste en esa ciudad y en Oviedo, pese a los intentos por superar el mero funcionalismo, se contemplaban como demasiado sobrios, demasiado limitados e incluso demasiado viejos, ya que en el caso del Langreo el inmueble tenía en aquella época casi cuarenta años de existencia. Así, la estación de Avilés, con sus óculos, tejados en mansarda, frontón curvo y volutas en la fachada se convertía en un edificio arquitectónicamente representativo y moderno. Este inmueble se construyó en un tiempo insólitamente breve: menos de un año. Hasta septiembre o primeros de octubre de 1889 no se acometieron los cimientos y a primeros de julio del año siguiente, aún a falta de algún remate, entró en servicio. A mediados de marzo se procedía a colocar la imposta del piso principal y en abril se instalaban las viguetas de la cubierta; en mayo se enfrentaba a una huelga de los canteros y picapedreros causada por las presiones del contratista para aumentar el ritmo de trabajo. A principios de junio se procedía a la distribución de las dependencias interiores y a la construcción de retretes y casilla dedicada a lampistería; por esta fecha la premura de la inauguración obligó a realizar trabajos nocturnos. Tres días antes de la inauguración de la línea faltaban detalles como las placas giratorias y discos de señalización y la crónica del día de la inauguración lo señalaba como aún sin terminar. El contratista de las obras de fábrica de todos los edificios de la estación fue el maestro cantero José Muñiz Piedra mientras que las piezas metálicas procedían de Fábrica de Mieres, dependiendo su instalación, en palabras de la prensa del momento, del "hábil operario que verificó la misma operación en el Banco de España de Madrid". El patio de operaciones del Banco de España en Madrid (1884) fue una de las obras más prestigiosas realizadas por Fábrica de Mieres. El diseño guarda relación con composiciones similares en edificios londinenses (Bolsa del Carbón) y neoyorquinos y su autoría correspondió al arquitecto Eduardo Adaro Magro (1848-1906, tit. 1872). Se ignora si realmente fue éste el responsable de la intervención en la estación avilesina pero se menciona por si acaso.
Un apartado de interés es la vinculación de la estación avilesina con unos ejemplos concretos: las terminales ferroviarias entre Hendaya y Burdeos. La línea entre estas dos ciudades formaba parte de la Compagnie du Midi, origen y casa madre de la española Compañía de los Caminos de Hierro del Norte de España, propietaria del ramal a Avilés. Ambas habían compaginado su actuación para rematar obras simultáneamente estableciendo conexión directa Madrid París. Parte del recorrido transcurría por el País Vasco francés, zona de temprana aceptación turística donde rendían viaje las clase acomodadas de la nación vecina. La estaciones que actualmente jalonan esta ruta habían comenzado a construirse un año antes de la inauguración del ramal avilesino y aun sin ser excesivamente grandes se encuentran entre las más ornamentadas del continente europeo. En su construcción se aplicaron todos los elementos y recursos de la arquitectura en cualquiera de los estilos vigentes en el último cuarto del siglo XIX. Ciertamente, si bien por su tamaño la estación de Burdeos resulta desproporcionada en relación con la de Avilés, tanto en la de Biarritz como en la de Hendaya podemos encontrar cierta familiaridad en objetivos así como en programa constructivo y certificar que la asimilación de la prensa con estos edificios era plenamente acertada.
