Gruntowna przebudowa obiektu była realizowana w ramach Programu Inwestycji Dworcowych na lata 2016-2023, z dofinansowaniem ze środków unijnych z Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko. Dzięki niej pochodzący z 1867 roku obiekt odzyskał historyczne piękno. Renowacji poddano ceglaną elewację wraz z detalami architektonicznymi. Po oczyszczeniu cegły odkryto na niej geometryczne wzory wykonane z ciemnozielonej szkliwionej cegły. Uwagę zwracają również grafitowe kolumny zlokalizowane przy wejściach głównych oraz pomiędzy niektórymi oknami, a także odtworzona na wzór oryginalnej ciemnobrązowa stolarka okienna i drzwiowa. Całość uzyskanego efektu estetycznego podkreśla nowa iluminacja dworca.
Prawdziwą metamorfozę przeszło wnętrze budynku. Przestrzeń obsługi podróżnych jest utrzymana w jasnej kolorystyce. Ściany holu posiadają geometryczny kasetonowy deseń, a w dolnej ich części wykonano okładzinę z ciemnozielonej płytki szkliwionej. Taka kolorystyka doskonale pasuje do odtworzonych na wzór oryginalnych geometrycznych ceramicznych posadzek. Z równie dużą pieczołowitością odtworzono wystrój poczekalni. Na ścianach przywrócono drewniane boazerie i wzorzyste tapety, a na podłodze oryginalną posadzkę. Poddano tam również renowacji grafitowe żeliwne kolumny, które jeszcze niedawno były całkowicie niewidoczne, bo zamurowane w ścianie. Poza estetyką zadbano również o komfort obsługi podróżnych. Umieszczono w niej nowe ławki, gabloty z rozkładem jazdy pociągów oraz elektroniczne tablice przyjazdów i odjazdów pociągów. Na parterze budynku zlokalizowano również toalety (w tym dla osób z niepełnosprawnościami), pomieszczenie dla opiekuna z dzieckiem, posterunek Straży Ochrony Kolei oraz lokale pod wynajem. Natomiast na piętrze będą mieścić się biura PKP CARGO S.A.
Podczas przebudowy wprowadzono wiele usprawnień dla osób o ograniczonej sprawności ruchowej. Zlikwidowano bariery architektoniczne, zamontowano oznaczenia w alfabecie Braille’a, tablice dotykowe z planami dworców oraz ścieżki prowadzące wewnątrz obiektu oraz jego otoczeniu. Ułatwią one przemieszczanie się osobom niewidomym i niedowidzącym.
Dzięki przebudowie dworzec stał się bardziej ekologiczny i bezpieczny. Zamontowano w nim nowe energooszczędne oświetlenie w technologii LED wraz z automatyką sterującą. Natomiast w celu ograniczenia strat ciepła wykonano ocieplenie budynku od wewnątrz oraz montaż stolarki okiennej i drzwiowej o niskim współczynniku przenikalności ciepła. W celu optymalizacji zużycia energii elektrycznej, cieplnej i wody zamontowane w budynku urządzenia i systemy będą nadzorowane przy pomocy systemu BMS (Building Management System). Z kolei poprzez montaż nowoczesnych systemów bezpieczeństwa – monitoringu, kontroli dostępu, sygnalizacji włamania i napadu oraz przeciwpożarowych – poprawie uległo bezpieczeństwo osób i mienia.
Znaczną metamorfozę przeszło bezpośrednie otoczenie dworca. Całkowicie na nowo zaprojektowano organizację ruchu w jego sąsiedztwie. Na placu, wokół centralnie zlokalizowanej wyspy z zielenią i ławkami, umiejscowiono zatoczkę dla autobusów wraz z wiatą, miejsca postojowe dla samochodów, w tym elektrycznych oraz typu kiss&ride, a nieco bliżej wejścia do dworca, miejsca dla osób z niepełnosprawnościami, rodzin z dziećmi, motocykli oraz wiatę rowerową, pod którą znalazły się 24 stojaki dla jednośladów. W ramach inwestycji wybudowano również nowe chodniki oraz zamontowano elementy małej architektury (oświetlenie, kosze, ławki). Z boku dworca powstał także nowy parking dla samochodów służbowych.
Przebudowa dworca Wałbrzych Główny rozpoczęła się jesienią 2019 roku. Łączny koszt zakończonej inwestycji to 33,5 mln złotych brutto. Projekt przebudowy dworca opracowała pracownia projektowa An Archi Group Sp. z o.o., a wykonawcą prac była firma Berger Bau Polska sp. z o.o.
Kolej w województwie dolnośląskim przyciąga coraz większą liczbę podróżnych, którzy z pewnością docenią oddanie do użytku nowoczesnego budynku dworca w Wałbrzychu – mówi Andrzej Bittel, sekretarz stanu w Ministerstwie Infrastruktury. - Historyczny budynek przebudowany zgodnie z dzisiejszymi standardami będzie stanowił przyjazną przestrzeń dla wszystkich pasażerów. Właśnie taka powinna być infrastruktura kolejowa, również ta dworcowa. Program Inwestycji Dworcowych, w ramach którego został przebudowany dworzec w Wałbrzychu, to największy program modernizacji dworców kolejowych w naszej historii. Dzięki niemu polski rząd przeznaczy do 2023 r. prawie 2 mld zł na blisko 200 dworców