En la orilla izquierda del Sena, frente al jardín de las Tullerías, el Museo de Orsay ocupa el edificio que recibía a los viajeros ferroviarios en el centro de París. La estación y su hotel abrieron el 14 de julio de 1900 para la Exposición Universal. El arquitecto Victor Laloux combinó una fachada de piedra acorde con el barrio monumental y un interior moderno de metal y vidrio. Hoy, ese contraste forma parte de la visita: la gran nave ferroviaria sigue siendo el eje desde el que se recorren las colecciones.
Antes de la estación, el solar tuvo una historia compleja. Allí se encontraban el Palacio de Orsay y un cuartel de caballería; el palacio ardió durante la Comuna de París de 1871 y quedó en ruinas durante décadas. En 1897, la compañía ferroviaria eligió a Laloux para diseñar una terminal de la línea de Orleans. Durante casi cuatro décadas llegaron trenes de larga distancia, pero en 1939 los andenes ya no podían recibir convoyes cada vez más largos y electrificados. Tras diversos usos en la guerra y la posguerra, un proyecto museístico salvó el edificio de una demolición propuesta.