北京北站

1905年-1923年：京张铁路时期

1905年京张铁路西直门车站动工，1909年开始运营。当时称作“京张铁路西直门车站”。车站站房为日式建筑。

1923年-1988年：平绥铁路时期

1923年京张线铁路向西延伸至绥远，西直门车站改称平绥铁路西直门车站。在北京北站老站房上写有：“平绥铁路西直门车站”，是1927年到1949年使用的名字。
20世纪70年代，广安门到西直门、西直门到五路，以及西直门经德胜门到东直门的铁路被拆除。从那以后，西直门火车站就成了京包铁路的起点站。西直门站成为京包线（北京-包头）、京通线（北京-通辽）旅客列车的始发站和终点站。

1988年-2009年：老北站时期

1988年西直门火车站改名北京北站。西直门火车站在相当长的时期是北京铁路客运的枢纽站。解放后，特别是北京站、北京西站的建成，成为主力客运车站后，北京北站的客流越来越少，仅有极个别车次在北京北到发，甚至很多人不知道西直门有火车站。这也导致北站设施过于陈旧，引出的客运线仍是单线铁路。
随着北京地区铁路客运压力明显增加，原有的车站已经开始不堪重负。铁道部开始重视发掘北京南站和北京北站的客运潜力。
从2005年起，北京北站西区（老车站的站台为现在的东区）开始进行大理石高站台改造，高度由过去的0.7米标准增加到现在的1.25米标准（与客运列车地板高度相同），并开始架设大型钢结构无柱防雨篷，规模接近现有的北京站、北京西站，铁路线路采用新型无缝钢轨，使用国产II型钢筋混凝土轨枕，代替先前使用的木枕，信号系统改造为新型的计算机集中连锁、自动化、智能化控制。
2007年在车站的南侧开工建设新的主站楼，由钢筋混凝土框架结构搭筑，工程为二类高层建筑，使用年限为50年。北京北站新站房比老站房向南延伸更接近西直门立交桥以及西直门交通枢纽。

2009年至今：新北站时期

原计划于2009年1月11日即2009年春运的第一天正式投入使用的新北京北站,最终于2009年1月16日开通运营。这一天，新老站房同时运营。第二天，运营整100年的老车站站房正式退出历史舞台，作为文物保存。新站房最多可同时容纳5000人候车。新北京北站面积是老站的5倍。新站房日发送旅客由原来的91万人增加到450万人。

2008年北京奥运开幕前夕，北京北站至北五环以内的线路进行了美化工程，并配套开行了北京市郊铁路S2线，直达八达岭和延庆，2011年部分列车又延长至北京市界外的沙城站。2016年11月1日，受到京张城际铁路施工的影响，北京北站停办客运业务，从北京北站开出的最后一班旅客列车为满洲里至呼和浩特的K273次。在改造期间，北京市郊铁路S2线改由黄土店站始发终到，而普速列车则改由昌平北站始发终到。

建筑

北京北站主站房在站台南端尽头，呈南北纵向尽端式铁路站场。主站房分为地上六层、地下两层。现站房总建筑面积2.14万平米，高度31.5米。

地下一层

通过主站房门前的两个地下通道，和地铁转乘大厅可以到达地下一层。地下一层与西直门交通枢纽相通，临近北京地铁2号线、地铁4号线和13号线出入口。本层设有地下进站口，东西两侧分别设有地下东、西售票厅。地下候车厅直通站台。乘客由地下一层换乘公交、地铁。

和谐长城号内燃动车组

和谐长城号内燃动车组，由戚墅堰厂制造，是北京奥运会开幕前夕配套开行的S2线市郊列车，运行在延庆站和北京北站之间，因其经过八达岭旅游区，俗称“八达岭动车组”。目前（2011年7月1日调整后）每天开行16对，全程大约运行1小时30分左右。

未来发展

在规划中，北京北站同时成为西直门交通枢纽的重要组成部分和京张城际铁路的终点。
未来还将启用地下停车场。

周边

周边是北京的西直门交通枢纽。有北京地铁2号线、4号线和13号线的西直门站。
另外，还有许多公交线路的经停站与起点站、可以去颐和园、圆明园、香山。