La stazione, che venne inaugurata nel 1888, ha subito un importante restauro oltre un secolo dopo in occasione delle olimpiadi invernali del 1998. In questa occasione è stata attrezzata per il passaggio della linea Nagano Shinkansen, parte iniziale del più ampio progetto della Hokuriku Shinkansen. Quest'ultima dal 2015 giunge fino alla stazione di Kanazawa, e in questo modo Nagano è diventata una stazione intermedia, restando tuttavia il capolinea per quanto riguarda i servizi Asama.
La stazione si trova vicino al centro della città di Nagano, e dispone di cinque binari passanti in superficie con tre banchine a isola per i servizi regionali e a media percorrenza, con un fabbricato viaggiatori sospeso sopra di essi, e quattro binari passanti su viadotto per i servizi Shinkansen (sebbene attualmente Nagano sia la stazione capolinea, i binari proseguono verso il deposito, e dal 2015 verso la stazione di Kanazawa, attualmente in ultimazione). Sono poi presenti tre binari tronchi interrati per la stazione della Ferrovia elettrica di Nagano a servizio della linea Nagano, che corre in sotterranea per alcuni chilometri nel centro della città per poi continuare in superficie nel resto del nord della prefettura.
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