Prace budowlane na dworcu trwały nieco ponad rok. Inwestycja została zrealizowana w ramach Programu Inwestycji Dworcowych na lata 2016-2023 z dofinansowaniem ze środków unijnych z Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko. Budynek stał się nowoczesny i przyjazny dla wszystkich korzystających z niego pasażerów. Renowację przeszła elewacja, która zyskała nową, jasną kolorystykę. Pojawiły się na niej także nowy zegar oraz podświetlane napisy z nazwą stacji. Niewielkiej zmianie uległa bryła budynku – przed wejściem do poczekalni powstał zadaszony przedsionek, pod którym będzie można oczekiwać na przyjazd pociągu.

Na nowo zaprojektowano poczekalnię dla podróżnych. Wnętrze jest utrzymane w bieli i  szarościach oraz doświetlone dzięki dużym oknom umieszczonym w elewacji oraz wielkoformatowej szklanej witrynie przy wejściu głównym. Wnętrze oświetlono dodatkowo za pomocą nowoczesnych, kwadratowych opraw podwieszanych do sufitu. W klimatyzowanej poczekalni zaprojektowano również ławki z wygodnym oparciem, gabloty z rozkładami jazdy oraz elektroniczne tablice przyjazdów i  odjazdów pociągów. Tuż przy poczekalni znalazły się toalety. Pozostałą powierzchnię dworca zajęły pomieszczenia techniczne.

Dzięki przebudowie dworzec stał się przyjazny dla osób z niepełnosprawnościami. W jego przestrzeni zlikwidowano bariery architektoniczne i wprowadzono szereg nowych rozwiązań wspierających osoby o  ograniczonej sprawności ruchowej. Wśród nich m.in. linie prowadzące z polami uwagi, oznaczenia w alfabecie Braille’a czy mapy dotykowe dworca.

Dworzec stał się również przyjazny środowisku. Zamontowano w nim i jego otoczeniu energooszczędne oświetlenie w technologii LED.  Poprzez ocieplenie budynku oraz wymianę stolarki okiennej i drzwiowej  ograniczono straty ciepła. Dzięki systemowi inteligentnego zarządzania budynkiem (BMS – Building Management System), który steruje systemami i urządzeniami na dworcu zoptymalizowano zużycie energii elektrycznej, cieplnej i wody. W budynku i jego otoczeniu jest również bezpieczniej, gdyż zamontowano nowoczesne systemy bezpieczeństwa, w tym monitoring.

Metamorfozę przeszło najbliższe otoczenie dworca. Zamontowano nowe oświetlenie oraz elementy małej architektury, w tym ławki i kosze. Ułożono również nową nawierzchnię, a przy budynku znalazły się miejsca postojowe dla samochodów osobowych.

Przebudowa dworca kolejowego Bydgoszcz Zachód kosztowała 5 mln zł.