Gudhjem Station ligger på Stationsvej 1 og er fredet som en vigtig del af øens jernbanehistorie.

Stationen blev opført i 1915-16 som endestation for den korteste af Bornholms tre jernbanelinjer, Gudhjembanen, der strakte sig 18,2 km fra Almindingen til Gudhjem. Denne bane var aktiv fra 1916 til 1952. Bygningen, der er i harmoni med lokal byggeskik, blev designet efter en arkitektkonkurrence, men projektet måtte justeres på grund af prisstigninger. Det endelige resultat blev en lang, lav bygning med en karakteristisk spånbeklædt tårnkarnap. Stationens facade mod Stationsvej er symmetrisk og præget af et enkelt, men markant design med to lamper på søjlerne ved hovedindgangen.

Stationsbygningens indre var rigere udstyret end de øvrige langs banen. Ventesalen havde faste bænke ved nordgavlen, og der var plads til både rejsende og rejsegods. Derudover var der et toldværelse, og stationsforstanderens lejlighed lå i bygningens sydlige ende.

Efter jernbanens lukning i 1952 fungerede bygningen som rutebilstation frem til 1968, hvorefter Gudhjem By- og Mindeforening købte den og omdannede den til et lokalmuseum.

I dag fungerer bygningen som Gudhjem Museum med udstillinger, og i 1990 blev en udstillingsbygning tilføjet. Der blev også foretaget renoveringer, blandt andet isolering og ændringer i tagetagen.

Den oprindelige hovedindgang benyttes ikke længere, og i stedet bruges indgange fra perronsiden, hvor der også er parkeringsplads. Trods ændringer har bygningen bevaret mange af sine oprindelige detaljer, såsom fyldingsdøre, bræddegulve og skorstene, hvilket gør den til et vigtigt kulturhistorisk monument på Bornholm.