สถานีตำรวจภูธรพิมาย ได้จัดตั้งขึ้นเมื่อปี พ.ศ.2480 โดยอาคารที่ทำการแห่งแรก ได้ใช้ที่ดินของกรมศิลปากร บริเวณด้านหน้าอุทยานประวัติศาสตร์พิมาย
ต่อมาเมื่อปี พ.ศ.2521 ได้รับงบประมาณก่อสร้างอาคารที่ทำการหลังใหม่ โดยได้ย้ายมาก่อสร้างในที่ราชพัสดุแปลงหมายเลข 599 แล้วเสร็จและเริ่มใช้งานเมื่อปี พ.ศ.2522
ในปี พ.ศ.2558 สถานีตำรวจภูธรพิมาย ได้รับงบประมาณในการก่อสร้างอาคารที่ทำการหลังใหม่ เพื่อแทนหลังเดิมซึ่งชำรุดทรุดโทรม ก่อสร้างแล้วเสร็จเมื่อ ปี พ.ศ.2559 และใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน