La gare Dalhousie est construite en 1883-1884 par le Canadien Pacifique. L’entreprise prend possession des terrains en 1882 lorsqu’elle acquiert la compagnie Quebec, Montreal, Ottawa & Occidental Railway. Pour construire la gare, on démolit une dizaine de maisons et bâtiments situés le long de la rue Notre-Dame, une caserne de pompier, les casernes militaires de la porte de Québec et une partie de l’ancien square Dalhousie. La gare est conçue par l’architecte anglais Thomas C. Sorby et elle accueille ses premiers passagers en 1884. Les trains du Canadien Pacifique desservent alors un territoire qui s’étend de Montréal à Winnipeg.

À l’étage supérieur donnant sur la rue Notre-Dame sont aménagés les salles d’attente, le service télégraphique et des bureaux du Canadien Pacifique. De là on descend vers l’étage inférieur où l’on accède aux quais et où les marchandises sont manipulées. Le premier train qui effectue la traversée transcontinentale du Canada part de cet endroit le 28 juin 1886. La gare cesse toutefois de desservir l’Ouest canadien dès 1889, lors de l’ouverture de la gare Windsor dans le quartier Saint-Antoine.

L’excavation pour l’ouverture de la rue Berri, entre 1895 et 1897, permet de dégager le soubassement de pierre de ce côté. L’édifice perd pour de bon sa fonction de gare de passagers quand on ouvre en 1898 la gare-hôtel Viger. Ensuite, la gare Dalhousie et le site du square actuel servent, jusqu'aux années 1960, au fret et à l'entreposage. Jusqu’en 1929 des stocks de fruits sont aussi échangés lors de ventes aux enchères. Elle perd à cette époque (avant 1928) son toit à croupes que l’on remplace par un toit plat. En 1935, le Canadien Pacifique amorce divers autres travaux intérieurs et extérieurs. De 1935 à 1964, la Weddel Can Cork Limited l’utilise comme entrepôt, cette fonction étant maintenue jusqu’à l’achat par la Ville de Montréal en 1984. En 1986, des travaux majeurs de restauration et de reconstruction sont effectués. La gare retrouve alors en bonne partie son apparence ancienne, mais il ne subsiste du bâtiment d’origine que les murs de pierre de la partie inférieure. De 1986 à 2003, l’édifice loge l’École nationale de cirque. À compter de 2004, il héberge le cirque Éloize.

L’édifice domine le nouveau square Dalhousie, à la jonction du Vieux-Montréal et de Faubourg-Québec, où un aménagement contemporain rappelle les anciens rails. Un étage de soubassement, en pierre grise de Montréal (calcaire), supporte un étage en brique et en verre, coiffé d’un toit à deux versants et à croupes. La façade de l’étage supérieur donne sur la rue-viaduc Notre-Dame Est et ses entrées rappellent les principaux accès d’origine.

De façon inhabituelle, l’analyse architecturale des façades doit ici commencer par l’arrière de l’ancienne gare, du côté des rails, où s’affirme de façon marquée la distinction entre le mur de pierre percé de grandes arcades et l’étage supérieur en brique. Les arcades dans lesquelles les portes s’inscrivent et les bossages rustiques semblent évoquer d’anciennes traditions (romaines ou romanes), mais il faut sans doute y voir plutôt une architecture essentiellement utilitaire que la façade supérieure vitrée et sans ornement confirme. Le bandeau de pierre qui ceinture l’immeuble et les pignons munis de grilles de ventilation qui ponctuent les élévations et la toiture agrémentent la composition sans la moindre prétention historicisante. Le concepteur, qui a pratiqué les styles historiques en Angleterre, développe ici une architecture fonctionnelle, une approche non retenue pour les grandes gares urbaines subséquentes.

Pour qui arrive en 1885 par la rue Notre-Dame en passant sous les auvents, les espaces et les activités intérieures se laissent sans doute découvrir dès l’extérieur. Il suffit de s’avancer un peu à chaque extrémité de l’édifice pour voir les trains en contrebas accessibles par les portes inscrites dans les arcades. Au sommet de l’immeuble, là où une simple grille est aujourd’hui installée, l’inscription « Canadian Pacific Railway » régnait autrefois sur le faîte, sans autre ornement.