Stasjonene på Setesdalsbanen ble alle tegnet av arkitekten Paul Due (1835-1919). Han regnes gjerne som landets største jernbanearkitekt, med langt over 2.000 bygninger tegnet for jernbanen i Norge.
Da han skulle tegne stasjonsbygningene til Setesdalsbanen, fikk han vite at de skulle gjenspeile bygde- og folkelivet i Setesdal. Driftsbestyrer Lars Lysgaard ved Setesdalsbanen hadde sagt: «Ved Planlægningen af Stationbygningene for Sætersdalsbanen, da maa du give disse Karakteren af det nationale, som endnu er tilovers i Sætersdalen. […] Tag Du Model baade af Stabburet og af Folket, det er et kraftig Folkeslag». På denne måten fikk stasjonene et svært nasjonalromantisk preg, tømret i dragestil, med blant annet karakteristiske gavlblomster.
Grovane stasjon ble bygget i 1895, på samme tid som de andre stasjonene på Setesdalsbanen. Stasjonene var alle temmelig like, bortsett fra Kristiansand, Mosby og Byglandsfjord stasjoner. Kristiansand og Byglandsfjord fikk større bygninger siden de var de to endestasjonene. I tillegg ble Kristiansand stasjon oppført i mur, som var et krav i fra byen etter bybrannen i 1892. Mosby stasjon fikk eget dameventeværelse og «lamperom», antakeligvis på grunn av alle de kvinnelige ansatte ved Høie Fabrikker, og at Mosby var et yndet utfluktsmål for Kristiansands beste borgere. Grovane stasjon var lik Vennesla, Iveland, Hægeland, Moisund, Hornnes og Evje stasjoner.
Stasjonene ble utstyrt med billettkontor, venterom og godsavdeling, i tillegg til et eget privet-bygg (toalett). I stasjonens andre etasje ble det leilighet for stasjonsmesteren med to rom, kjøkken og spiskammers. I 1912 fikk mange stasjoner eget godshus, inkludert Grovane. I tillegg ble det bygd større 2. etasje over den gamle godsavdelingen. Grovane og Mosby fikk vindu mot jernbanesporet og forhøyet tak.
I 1938 skjedde det store forandringer på stasjonsbygningen på Grovane. Sørlandsbanen ble ferdig til Kristiansand, og da ble Setesdalsbanen 20 kilometer kortere. Grovane ble sporbruddstasjon og ny endestasjon for Setesdalsbanen. Siden Setesdalsbanen er smalsporet (1.067 mm sporvidde) og Sørlandsbanen normalsporet (1.435 mm), måtte alt av reisende og gods bytte tog på Grovane for å reise videre til Kristiansand eller mot Oslo. Stasjonsbygninga ble da ombygd. Godsavdelinga ble bygd om til restaurant, og det ble reist et tilbygg på nordenden av stasjonen til overnatting, og bygget nye toaletter til de reisende. Grovane stasjon ble nå et knutepunkt.
Grovane stasjon ble også brukt som utgangsstasjon for Hobbyklubbens tog fra 1964 til 1969. I 1969 gjorde NSB stasjonen fjernstyrt, og Setesdalsbanen fikk ikke lenger lov å kjøre museumstog fra stasjonen. Derfor ble togkjøringa flytta til en midlertidig stasjon noen hundre meter nord på Setesdalsbanens trase.
Brann og gjenoppbygging
Grovane stasjon ble sterkt rammet av en brann i 1994. Mange verdifulle gjenstander, foto og dokumenter gikk tapt. Mesteparten av bygget måtte restaureres og gjenoppbygges, og over 4,5 millioner kroner gikk med i prosjektet.
I 1996 ble bygget ferdig restaurert. Stasjonen representerer nå i grove trekk to tidsperioder. Venterom og billettkontor er ført tilbake til utseende rundt 1900. Venterommets grove, laftede vegger og sirlige takformasjoner er typisk for dette. Samtidig er den nordlige delen av bygget restaurert tilbake til tiden etter 1938, med restaurant og tilbygg for overnatting.
2. etasje brukes nå av Stiftelsen til kontorer og møterom for administrasjonen, mens 1. etasje ble igjen tatt i bruk som utgangsstasjon for museet sommeren 2002. Høye gjerder langs plattformen hindrer reisende i å ferdes i hovedsporet, og en flyttbar planovergang er anlagt på sørsiden av stasjonen. Ved hver togavgang og -ankomst må Setesdalsbanens personale kontakte Jernbaneverkets togleder i Kristiansand og sperre stasjonen, slik at det ikke kan komme tog inn på stasjonen i spor 1 og 2. Da kan våre reisende gå over sporene og stige inn Setesdalsbanens tog i spor 3.