I den sydlige udkant af Gudhjem ligger den nu fredede tidligere Gudhjem Station, der sammen med en nyere tilbygning i dag udgør Gudhjem Museum. Stationsbygningen er opført 1915‑16 og tegnet af Aage Rafn og Kay Fisker, der også har tegnet de øvrige stationsbygninger på strækningen mellem Christianshøj i Almindingen og Gudhjem. I 1952 blev strækningen mellem Gudhjem og Aakirkeby lukket, og Gudhjem Station virkede herefter som rutebilstation frem til 1968. Året efter købte Gudhjem By- og Mindeforening stationsbygningen og indrettede den til kunstmuseet Gudhjem Museum. I 1990 fik museet en ny udstillingsbygning, der via en overdækket glasgang blev sammenbygget med den tidligere stationsbygning. Udstillingsbygningen er tegnet af Niels Frithiof Truelsen. Museet har en fast samling, som bl.a. omfatter værker af Sigurd Vasegaard og skitser af den lokale kunstner Oluf Høst, som også har sit eget museum indrettet i sit gamle hjem i Løkkegade 35.
Gudhjem Station blev sammen med Østerlars og Østermarie stationsbygninger fredet i 1984, mens Christianshøj Trinbræt blev fredet året efter. De betegnes alle i dag som forløbere for moderne dansk arkitektur.
