民国二十八年（1939年），柳江县铁路开通运营。

民国三十年（1941年）3月，柳州县建成第一座火车站，时称柳江南站。

1950年8月1日，柳江南站更名为“柳州站”。

1951年12月，柳州站站场进行扩建股道，并改造站房。

1961年，随着湘桂铁路运量增长，柳州站继续进行扩建。

1965年11月12月，柳州站改建南端道岔咽喉区和疏解客车进路。

1966年1月，柳州站以办理客运业务为主，兼办柳南工业区专用线取送车业务。

1969年4月，柳州站再次扩建站房。

1980年，柳州站改建客车到发线。

1981年，柳州站升为一等客运站。

1982年4月，柳州站在站房南端建成软席候车室。

1985年12月，柳州站进行基本站台改建工程。

1986年，柳州站基本站台交付使用。

1986年11月10日，柳州站第四次扩建工程正式动工。

1988年12月，柳州站新站房建成。

2002年，柳州站在原有旧站房基础上建设新的站房。

2013年4月至11月，柳州站进行站场改造工程。

2015年12月31日，柳州站改造工程正式开工。

2017年3月1日，柳州站西站房投入启用；同年3月13日，老站房停止使用并拆除；同年9月12日，柳州站开通西站房高架候车室；同年12月6日，柳州站东站房高架候车厅及2-3站台投入使用。

2018年1月30日，柳州站西站房竣工；同年2月6日，柳州站东站房高架候车厅及2-3站台投入使用；同年12月6日，柳州站东站房候车室投入使用。

2019年9月，柳州站东站房、站前广场启用，东西两个站房实现贯通，这标志着柳州站改造工程顺利完成。

2021年，启用“铁路e卡通”。