La gare d'origine, due à l'architecte Gustave Saintenoy, est mise en service en 1854 par la Grande compagnie du Luxembourg (GL)<ref>Modèle:Lien web</ref>. Profondément remaniée, la nouvelle gare est inaugurée en 2009. C'est une gare souterraine qui dispose d'une entrée spécifique, de style postmoderne. À côté, l'ancien bâtiment voyageurs classé monument en 1991 fut réaffecté en bureau d'information du Parlement européen jusqu'en 2016 et abrite aujourd'hui un de ses deux points d'accueil, la Station Europe. Les visiteurs y trouvent des supports interactifs, telle une imposante maquette du campus en réalité augmentée, proposant des informations sur les bâtiments du Parlement, son histoire et les personnalités qui y ont été accueillies.
Les travaux commencent en 1846<ref name=LS1/> sous la direction de l'architecte Gustave Saintenoy (1832-1892) sur un terrain des Hospices<ref>Arts et architecture publics, Région de Bruxelles-Capitale, Pierre Mardaga éditeur, 1999, Modèle:P.126</ref>. Le bâtiment voyageurs, encore présent sur la place, est construit en 1854-1855 mais Saintenoy n'a pas pu terminer son projet complètement à cause d'irrégularités de gestion de la Grande Compagnie du Luxembourg ayant entraîné des problèmes financiers et même judiciaires : il avait imaginé des ailes à son bâtiment central, mais celles-ci ne furent jamais construites<ref name=LS1/>.
La gare, dite « station Luxembourg » ou gare du quartier Léopold, est mise en service le Modèle:Date-<ref>Eric Corijn, Eefje Vloeberghs, « La Ville Construite », dans Bruxelles, Cahiers urbains, Asp / Vubpress / Upa, 2009 Modèle:ISBN, Modèle:P.55 extrait (consulté le 13 février 2014).</ref> par la Grande compagnie du Luxembourg (nationalisée en 1873), lorsqu'elle ouvre à l'exploitation la première section de sa ligne de la ligne Bruxelles-Luxembourg<ref>Modèle:Lien web.</ref> ouverte dans son intégralité en 1858<ref name=LS1/>. Elle est modifiée en 1902<ref>Le patrimoine ferroviaire, Les cahiers de l'Urbanisme Modèle:N°40-41, Région de Bruxelles-Capitale, Ministère de la Région Wallonne, Mardaga, septembre 2002, Modèle:P.125</ref>Modèle:Source insuffisante.
Outre la gare des voyageurs et la cour à marchandises, où s'effectuait le déchargement de marchandises diverses, notamment du charbon, la gare du Quartier Léopold abritait le dépôt de locomotives de la GCL ainsi que des ateliers de réparation pour le matériel ferroviaire. Après la reprise de la GCL par l’État, les Chemins de fer de l'État belge continuèrent à utiliser le dépôt et l'atelier de réparation des locomotives mais, afin de libérer de la place pour les installations des voyageurs, l'atelier des locomotives déménagea à Salzinnes (près de Namur), en 1904 ; le dépôt des locomotives disparutModèle:Quand (par fusion avec le grand dépôt de Schaerbeek) tandis que toutes les activités de déchargement des grosses marchandises (notamment le charbon) devaient déménager vers la gare d'Etterbeek-Cinquantenaire, située sur la ligne 26 (qui ne sera mise en service qu'après la Première Guerre mondiale).
En 1990, le bâtiment de Saintenoy est menacé par la construction de l'Espace Léopold<ref>Modèle:Lien web</ref>, complexe de bâtiments du Parlement européen à Bruxelles. Il est sauvé de la démolition par un classement au titre des monuments historiques en date du 21 novembre 1991<ref>Registre du patrimoine immobilier protégé dans la Région de Bruxelles-Capitale</ref>, intégré à l'Espace Léopold et transformé en un bureau d'information du Parlement européen (Information Office in Belgium) et un lieu d'expositions. En 2016, ce bâtiment connaît de nouvelles transformations afin d'abriter la Station Europe, point d'accueil du Parlement européen. Par contre, les anciens quais, situés plus bas que la place du Luxembourg et surmontés de marquises d'esprit 1900, sont détruits durant les années 1990 pour permettre la création d'une nouvelle gare souterraine.
Après cinq années de travaux, pour un coût de Modèle:Nombre d'euros, la nouvelle gare renommée officiellement « gare de Bruxelles-Luxembourg » le 28 mai 2000, est inaugurée le 14 janvier 2009<ref name="ReflexcityGare">Site reflexcity.net : Gare Bruxelles-Luxembourg (consulté le 13 février 2014).</ref>. Son aménagement est axé sur la technologie et la sécurité, mais c'est aussi une gare prévue pour les personnes à mobilité réduite. Lors de l'inauguration, on dévoila une fresque monumentale, réalisée à partir d'un dessin de 1932 signé Hergé, qui orne l'entrée, située un peu en retrait de la place sur la rue de Trèves<ref>Belga, « La gare Bruxelles-Luxembourg inaugurée en grande pompe », article publié dans La Libre Belgique, le 14 janvier 2009 (consulté le 13 février 2014).</ref>.
Gare SNCB, elle dispose d'une entrée par le bâtiment József Antall situé le long de la rue de Trèves, à quelques dizaines de mètres de l'ancien bâtiment voyageurs. Elle est équipée d'installations voyageurs (en souterrain), avec guichets, ouvert tous les jours, d'automates pour l'achat de titres de transport et d'une consigne automatique pour les bagages. Des aménagements, équipements et un service sont à la disposition des personnes à mobilité réduite. Un buffet, accessible les jours ouvrables, est installé en gare<ref name="SNCBGare">Site SNCB Mobility : Bruxelles-Luxembourg lire (consulté le 19 octobre 2013).</ref>.
Desserte
Bruxelles-Luxembourg est desservie par de nombreux trains InterCity (IC) et Suburbains (S) ainsi que par quelques trains d'Heure de pointe (P) à longues distances<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
deux fois par heure par des trains InterCity (périurbains) entre l'aéroport de Bruxelles-Zaventem d'une part (cadencement à la demi-heure), DinantModèle:SNCB/IC et Charleroi (S19) d'autre part. La desserte vers Dinant se dirige vers Bruxelles-Midi les weekends tandis que l'autre se fait entre Louvain, l'aéroport et Nivelles.
deux fois vers Malines d'une part (cadencement à la demi-heure également) et Hal de l'autre (prolongé vers Enghien une fois par heure), formant la relation S5 du RER bruxellois.
Les weekends et jours fériés, il existe deux paires de trains touristiques (ICT) entre Bruxelles-Midi et Wavre pour la desserte de Walibi.
Le dimanche soir, trois trains supplémentaires (P) pour les étudiants ont été mis en place. Le premier circule entre Arlon et Bruxelles-Midi tandis que les deux autres relient Binche ou Mouscron à Louvain-la-Neuve.
Dénommée « station du Luxembourg » lors de sa création en 1854, elle porte également le nom de « station du Quartier Léopold » en 2009Modèle:Refnec. Suivant les sources on lui trouve plusieurs appellations au fil des années : en 1948 : « station du Quartier Léopold » et plus tard « Bruxelles - QL ». Le 28 mai 2000, elle perd officiellement l'appellation « Bruxelles Quartier Léopold » pour devenir « Bruxelles-Luxembourg »<ref name="ReflexcityGare"/>,<ref>Site mobilit.fgov.be : Gare de Bruxelles-Luxembourg (consulté le 14 février 2014).</ref>.
Le rez-de-chaussée, à bossages plats à refends, est percé de cinq grandes portes-fenêtres surmontées chacune par un arc en plein cintre. Séparé du rez-de-chaussée par un puissant cordon de pierre, le premier étage est rythmé par six pilastres à rudentures et chapiteaux de style éclectique. Entre ces pilastres prennent place cinq baies rectangulaires dont trois portes-fenêtres précédées d'un balcon à balustrade en pierre bleue. Chaque baie possède un encadrement mouluré dont le linteau est orné d'une clé d'arc en forte saillie. Cet encadrement s'inscrit entre de fins pilastres portant un arc cintré mouluré au tympan percé d'un oculus (voir photo ci-contre).
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