Stesen keretapi Sungai Buloh dibuka pada 7 November 1892 apabila sebahagian laluan kereta api utama, KTM Laluan Pantai Barat diantara Persimpangan Batu dan Rawang dibuka.[2]

Stesen ini menjalani pengubahsuaian dibawah Projek Landasan Elektrik Berkembar Lembah Klang yang menjadikan stesen ini sebahagian daripada perkhidmatan KTM Komuter bermula 14 Ogos 1995.[3] Laluan ETS mula berkhidmat di stesen ini pada tahun 2012 sejajar dengan perasmian ETS Transit (kini ETS Silver).[perlu rujukan] Stesen ini pada asalnya terletak dibawah Laluan Rawang-Seremban sehingga tahun 2016 apabila rombakan perkhidmatan KTM Komuter menukar perkhidmatan di stesen ini ke Laluan Pelabuhan Klang dengan kereta api berkhidmat diantara Tanjung Malim dan Pel. Klang.[4]

Laluan MRT Sungai Buloh-Kajang (SBK) pula mula berkhidmat di stesen ini pada 16 Disember 2016 seiring dengan perasmian fasa pertama laluan ini.[5] Sebuah stesen baharu dibina di atas stesen KTM sedia ada bagi menghubungkan platform MRT aras tinggi dan platform KTM atas tanah. MRT Laluan Sungai Buloh–Serdang–Putrajaya (SSP) akan menggantikan perkhidmatan MRT Laluan SBK apabila fasa pertama laluan SSP dirasmikan pada Julai 2021.[6]