Foi inaugurada em 1873. No local se localizavam as oficinas da Central (depois RFFSA). Também está localizado nas cercanias o museu da Rede Ferroviária Federal, no qual se encontra a mais antiga locomotiva do Brasil, a Baroneza, que inaugurou a linha de Guia de Pacobaíba, em 1854.
O terreno da estação também abrigava as oficinas da Central do Brasil. Muitas foram demolidas para a construção do Estádio Olímpico para o Jogos Pan-Americanos de 2007. Sobraram dois ou três armazéns que ainda abrigam o museu da ferrovia, espremidos ao lado do estádio.[5]
A estação sofreu uma grande reforma para os Jogos Pan-Americanos de 2007, contando inclusive com escadas rolantes. Desde então, se intitula Estação Olímpica do Engenho de Dentro. Em 24 de março de 2015, foi anunciada, pela Supervia, a expansão e reforma da estação visando às Olimpíadas do Rio 2016. O projeto consta com mais um mezanino, elevadores e áreas adaptadas para deficientes físicos. A conclusão está prevista para abril de 2016.
Na cultura popular
A estação de trens foi homenageada pelo cantor Jorge Ben Jor através da canção Engenho de Dentro, terceira faixa do álbum 23, lançado em 1993.[6]
Plataforma 1A: Sentido Deodoro Plataforma 2B: Sentido Central do Brasil (parador) Plataforma 3C: Sentidos Japeri e Santa Cruz (até 15h) Plataforma 4D: Sentido Central do Brasil (expresso) até 15h e Santa Cruz (após 15h) Plataforma 4E: Sentido Central do Brasil (expresso)
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Deputado João Pedro (9 de Novembro de 2007). «Projeto de Lei Nº 1087/2007». Assembréia Legislativa do Estado do Rio de Janeiro. Consultado em 30 de dezembro de 2011
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