清光绪十二年（1886年），随着原唐胥铁路延展至天津，天津站始建。
清光绪十四年（1888年），车站正式通车运营，初站址建于“旺道庄”。
清光绪十八年（1892年），车站移址至海河畔“老龙头”处，故随地名称老龙头火车站。
1949年10月1日中华人民共和国成立后，老龙头火车站更名为天津站。
1950年，天津站进行了中华人民共和国成立后的首次扩建。
1987年，随着改革开放后天津经济发展加快，天津站客流量大增，已经不堪重负，其日均乘客量超过了6万人次。因此，经天津市政府和原中华人民共和国铁道部决定，并经中国国务院批准，天津铁路枢纽改造工程被列为中国国家“七五”计划重点工程；同年4月15日，天津站改扩建正式开工。
1988年3月22日，邓小平为天津站建站一百周年题名。[17]
1988年10月1日，天津站竣工。改造后的天津站站房，分为主站房、子站房和高架候车厅三部分，采取高架进站、地下出站、南北进出的布局模式，车站运力得到了很大提升，车站环境也明显改善。
2007年1月14日起，天津站停办客运业务，再次进行改扩建。
2008年8月1日，改扩建后的天津站投入使用。[2]
2019年12月10日起，天津站试点实施电子客票业务。[4]
2024年4月15日，地下候车厅开启使用。[20]
设计理念
天津站的站房整体通透流畅，屋面结构采用大跨钢网架，外檐装修采用新型石材和玻璃幕墙。[2]
设计参数
截至2009年9月，天津站站房包括京津城际北站房、高架候车室、地下进站厅、无站台柱雨棚及高站台、东西侧旅客地道、东西侧行包通道、既有南站房，总建筑面积18.5万平方米。其中，北站房7.1万平方米，南站房3.3万平方米，高架候车厅2.2万平方米，能同时容纳6000人候车，[3] 无站台雨棚覆盖全部站台，南北方向共5跨，雨棚总面积达80850平方米。[2]