Šiaulių geležinkelio stoties rūmai pastatyti 1871 m., pradėjo veikti rugsėjo 4 d. Tai buvo trečios klasės stotis, priklausiusi Liepojos-Romnų geležinkelio ruožui. Per abu pasaulinius karus Šiaulių geležinkelio stoties rūmai nukentėjo, tad buvo rekonstruoti keletą kartų. 1923 m. atliktas stoties keleivių rūmų kapitalinis remontas, o 1930-1931 m. keleivių rūmai platinti ir pertvarkyti. 1935 m. Šiaulių geležinkelio stočiai suteikta I klasės stoties kategorija. Šiaulių geležinkelio stotis dar kartą rekonstruota po Antrojo pasaulinio karo.

1941 m., 1945-1953 m. iš Šiaulių geležinkelio stoties buvo vykdomi Lietuvos gyventojų trėmimai. 1996 m. ant geležinkelio stoties pastato atidengta lenta Lietuvos tremtiniams.