北京南站始建于1897年，名为马家堡站；
1897年，马家堡站开始修建，并接入卢汉铁路用作客货混运 。
永定门站
1902年，马家堡站更名为永定门站。此后的50多年时间里，永定门站一直作为北京去往上海和去往广州列车的始发站。
1957年，在距离永定门站以西1公里处修建了永定门客运站。
老北京南站
1988年，永定门站正式更名为北京南站。经停北京南站的列车，主要是开往河北、山东、山西等省一些城市的中短途慢车。
1999年，北京南站开行了通往野三坡、云居寺等景点的郊游列车。
2006年5月9日晚，老北京南站最后一列火车——北京南站开往乌海西站的2141次旅客列车驶离车站，老北京南站从此退出历史舞台；5月10日，老北京南站正式开始封站改造。
新北京南站
2008年8月1日，京津城际铁路开通，北京南站正式重新启用，成为中国首座高标准现代化的大型综合交通枢纽。
2019年11月26日，北京南站试点实施电子客票业务，不用再排队取票，只需要刷身份证或扫码12306乘车码就能进站乘车。