旧宁北站

清光绪二十九年（1903年），中东铁路交付运营初期，牡丹江站（今牡丹江市文化宫附近）为五等站。

民国二十三年（1935年）12月，东北沦陷后，牡图铁路铺轨到牡丹江，设立宁北站。同年，牡丹江站老站舍开建。

新牡丹江站

民国二十四年（1935年）7月1日，牡图铁路正式营业后，宁北站改为牡丹江站，滨洲铁路的原牡丹江站改称南牡丹江站。

民国二十六年（1937年）6月，南牡丹江站废弃。

民国二十八年（1939年）10月23日，牡丹江站老站舍全部完工并交付使用。

中华人民共和国建立后，牡丹江站货运量和旅客乘降不断增加。

1988年，日均装车59·4辆，卸车222·9辆；全年货物发送93·3万吨，货物到达373·3万吨。

1989年10月，牡丹江站老站舍拆除。

1990年6月15日，牡丹江站新站舍动工。

1991年9月15日，牡丹江站新站舍竣工。新站舍为二层楼，坐北朝南，建筑面积10054平方米。

1998年12月30日，牡丹江站北站站舍建成并投入使用，建筑面积1046·82平方米。

2000年，牡丹江站南站第三候车室改为软席候车室，售货部改为第三候车室，软席候车室改为第二贵宾室。

2004年11月，牡丹江站南站舍改建装修，站房楼顶东西两侧各增设大型电子钟。

2016年年初，作为哈牡客专工程的终到站，牡丹江站综合改造项目全面开工，预计2018年年末对外开放。

2016年3月30日，牡丹江站搬到老站东侧的临时过渡站房里做临时站，3月31日老站开始进行改造。

2018年10月14日，牡丹江站正式启用出站厅及东侧站前广场。

2020年6月，牡丹江站北站房即牡丹江综合交通枢纽工程开工，总建筑面积为9670平方米，建筑高度36·6米，实现了地下一层与地上三层的综合功能布局。预计2021年投入使用。

截止2021年7月26日，牡丹江综合交通枢纽（公铁联运中心）项目外装修已完成98%，内装修完成95%，进入收尾阶段。

2021年12月6日早8时58分，牡丹江开往佳木斯d8857次列车和佳木斯开往牡丹江d8858次列车同时对向发车，标志着我国最东端高铁——牡佳高速铁路正式开通运营，黑龙江省高铁网实现互联互通，牡丹江至佳木斯由原来的7个多小时缩短至最快2小时10分钟可达，哈尔滨至双鸭山、七台河、鸡西等城市3小时可达，我国东北地区高速铁路网进一步完善，沿途百姓出行更加便捷。

2023年7月15日，牡丹江站续建工程牡丹江站北站房迎来首批旅客，标志着黑龙江省东部规模最大的综合交通枢纽正式投入使用。