La « gare de Cavaillon » est mise en service le 29 décembre 1868 par la Compagnie des chemins de fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée, lorsqu'elle ouvre à l'exploitation « l'embranchement d'Avignon à Cavaillon ». Elle est ouverte aux services grande et petite vitesse et des billets d'aller et retour à prix réduit, pour Avignon, sont proposés tous les jours aux voyageurs. En juin 1881, les travaux d'agrandissement de la cour des marchandises sont terminés mais la gare est de nouveau agrandie en 1900, lors de la création de la deuxième voie de la ligne.
