通辽通火车，始于1921年。这一年四洮铁路郑通（郑家屯——通辽支线修到通辽，1922年1月正式投入运营。当时的车站十分简陋，只有五间青砖尖顶瓦房，还有150米长的土站台。1927年11月，京奉铁路大通支线（大虎山——通辽）修到通辽，也建了个车站，有八间青砖尖顶的站舍和200米长的土站台。因为这两段铁路分属京奉铁路局和四洮铁路局，为属不同，运营分办，所以在不到一公里的范围内设有两个车站，一个叫南站（京奉铁路局），一个称北站（四洮铁路局）。
1931年“九·一八”事变，日军侵占中国东北三省，同年11月1日日军的四列铁甲车沿郑通支线占领通辽北站，炮轰通辽县城，11月2日占领通辽南站，11月7日通辽被日军占领。日伪统治时期，为了扩大侵华战争，将郑通支线和大通支线合并为大郑线（大虎山——郑家屯），南站停用，北站成为两线合并后的通辽火车站。
中华人民共和国成立后，随着国民经济的飞速发展，通辽火车站也发生了巨大的变化。1953年锦州铁路局确定通辽火车站为三等站，1965年升为二等站，1968年新建的1300平方米的候车室投入使用，1972年国家投巨资对通辽火车站进行改建，由一站一场变为一站三场，1981年1月建筑面积44311平方米的候车大厅新楼建成，1982年6月国家铁道部晋升通辽火车站为一等站。
如今，通辽火车站已成为五条线路（大郑、通让、京通、通霍、集通）六个方向引入的铁路交通中心，日均办理辆数6000—6500辆，年发送旅客200余万人，年货物到发400余万吨的规模，从昔日的小站发展成为内蒙古自治区东部和东北地区西部最大的交通枢纽，成为全国38个主要路网编组站之一。
2005年10月，由沈阳铁路局和通辽市投资兴建的气势磅礴、具有民族风格、崭新的通辽火车站又展现在世人面前，它像璀璨的明珠，把通辽装扮得更加美丽。
