曆史沿革
清光緒三十一年（1905年）12月12日，京張鐵路西直門站正式動工，1909年開始運營。西直門站是中國自主設計建造的第一條幹線鐵路——京張鐵路（北京豐台柳村至張家口）的重要車站，車站主體建築、月台、連接兩個月台的過街天橋均為詹天佑設計。
民國12年（1923年），京張鐵路通至綏遠，當時北京叫“北平”，故更名稱“平綏鐵路”，西直門車站改稱平綏鐵路西直門車站。後平綏鐵路通至包頭，更名為“京包鐵路”。
20世紀70年代，北京市區内幾段鐵路被拆除，西直門火車站就成為京包鐵路和京通鐵路的始發、終到站，從北京去往内蒙古通遼、赤峰及八達嶺長城等地的旅客，均從北京北站出發 。
1988年，西直門火車站改名北京北站。
1995年，平綏鐵路西直門站舊址成為第五批北京市文物保護單位。
2005年，北京北站改造工程正式動工，工程主要包括站房擴建以及與北京站、北京西站相類似的大跨度無站台柱雨棚工程，站台、鐵道線路和行車信号的改造，總投資1.1億元。
2007年，北京北站站房新建工程正式開啟，新站房高六層。
2008年12月，北京北站站房新建工程竣工。
2009年1月17日，北京北站新站房正式啟用。
2016年11月1日，受到京張高速鐵路施工的影響，北京北站停辦客運業務，除北京市郊鐵路S2線市内始發、終到站遷移至黃土店站外，其它客運業務轉移至昌平北站。
2019年12月10日，中國鐵路北京局集團有限公司公布了沿線北京北站、崇禮鐵路太子城站的車站圖片。
2019年12月30日，在停運三年後，北京北站正式恢複運營，首發列車于8時30分始發。開通運營後，北京和張家口兩地間的“軌道交通時間”将從3小時壓縮至50分鐘左右 。
2020年9月30日，北京北站市郊鐵路懷柔-密雲線正式開通運營。懷柔-密雲線服務範圍将覆蓋西城區、海澱區、昌平區、懷柔區、密雲區五區，運營總裡程144.6公裡。
建築規模
建築設計
原西直門車站
原西直門車站東西方向被高梁河、護城河環繞，站北有大片蘆葦塘。車站平面近似矩形，主站房面積2300平方米，車站正面入口為三孔外券廊，朝站台一面也用連廊，站台為并列式，旅客進站方向與站台垂直，建有跨越鐵道的鐵架天橋，站房建築為西方古典風格，是中國鐵路發展史上的重要實物例證。在北京北站新站房正式啟用後，于清宣統元年（1909年）建成的舊式主站房作為平綏鐵路西直門站舊址被作為文物予以保留。
新北京北站
北京北站建築面積2.14萬平米，高度31.5米，站台有效長度由原來的377米延長到550米，其站台采用大理石鋪面，有效長度由原來的377米延長到550米，由原來的70厘米提高到125厘米。車站内鐵軌全部采用國産每米50千克級高強度、高平直度無縫鋼軌，使用國産II型鋼筋混凝土軌枕，替代原來使用的木枕，提高客車運行的穩定性和舒适度。行車信号設備全部采用新型計算機集中連鎖，提高車站的自動化、智能化控制能力，從而增加列車運行的安全系數。
整體布局
北京北站主站房在站台南端盡頭，呈南北縱向盡端式鐵路站場，分為地上六層、地下兩層。其中，地面一層以及地下一層供旅客候車使用，設有候車廳、售票處。車站連通西直門交通樞紐，地下可與地鐵2号線、4号線、13号線換乘。 地上二至五層為辦公用，地下二層為設備用。
北京北站的候車室都将設在西區的南側，車站共有三個售票大廳，分别位于地面一層的右側，和地下一層的東西兩邊，共有24個窗口。北京北站新站房比老站房向南延伸更接近西直門立交橋以及西直門交通樞紐。
站台線路
截至2019年12月，北京北站站台規模為6台11線 ，站台整體南北走向，主站房在站台的盡頭，位于車站的南側。北京北站的途經線路有京包鐵路、京張高速鐵路 。
運營情況
自助購票
北京北站的售票廳位于車站站房的右側，内有自助購取票機3台。
便民設施
公安制證
北京北站的公安制證窗口位于北京北站售票大廳内，旅客可在該窗口辦理辦理臨時身份證明。
客運流量
2016年暑運，北京北站及北京西站共發送旅客543.6萬餘人次。
北京北站改造完工後，預計接發車能力由原先的11對提高到17對，高峰時期可達到22對。新北京北站日發送旅客預計是老北京北站的5倍。
2021年2月7日，北京北站發送旅客0.39萬人次。
交通換乘
軌道交通
北京北站設置有軌道交通站，途經的線路有北京地鐵2号線、北京地鐵4号線、北京地鐵13号線。
注：前往其他火車站
前往北京站：西直門站乘坐北京地鐵2号線至北京站。
前往北京西站：西直門站乘坐北京地鐵4号線到達國家圖書館站，同台換乘北京地鐵9号線至北京西站。
前往北京南站：西直門站乘坐北京地鐵4号線至北京南站。
公交線路
北京北站附近的主要公交站點有位于北站東側的西直門北公交站、位于北站西南方的地鐵西直門站公交站、位于北站東北角的索家墳公交站、位于北站東南角西直門公交站。
建設規劃
按照《北京城市總體規劃（2004年-2020年）》，北京北站是北京“五主鐵路樞紐”（北京站、北京西站、豐台站、北京南站和北京北站）之一。 北京北站除了現有的普速列車始發終到作業外。
