清光緒13年(1887年)6月9日，在基隆「獅球嶺」開工興建基隆-台北段鐵路，當中最艱鉅的工程是建造一座「獅球嶺隧道」。全長235公尺的「獅球嶺隧道」，於清光緒13年(1887年)7月開工興建，獅球嶺南口一帶地質鬆軟，導致已完工的路基經常性發生崩塌，施工非常困難。

　由於當時施工標準不佳以及技術有限，而且隧道的地質多變，需用石塊、磚頭及人工開鑿三種方式來鞏固，洞內路線除了呈曲線狀外，坡度也達26分之1，而且洞內的高度不一，因隧道是由南北兩端分別開挖，而水平校正失準，開挖了一段時間後發現北口過高，只好往下挖遷就南口，因此北口顯得較大，測量後相差了有1.5公尺之多。

　整個工期歷時三年後，至清光緒16年(1890年)8月才宣告完工，「獅球嶺隧道」不只是台灣第一座鐵路隧道，更是全中國的第一座鐵路隧道。直到清光緒17年(1891年)10月20日，基隆-台北段鐵路竣工通車，同日起第一代基隆火車碼頭也開始營業，當時基隆站位置係位於今西岸四號碼頭一帶。

　明治28年(1895年)甲午戰爭結束後，清廷於4月17日簽下「馬關條約」將台灣割讓予日本，6月6日由鐵路技師小山保政率領調查基隆-台北間路線，只見沿線鐵軌脫節、枕木斜歪，客貨車及機車均遭破壞，經勉強修復及試運轉後，9日起基隆-台北間重新營運，每日僅能 開行一往復，但只予總督府及軍方使用，直到29年(1895年)7月5日正式成立基隆停車場，在不妨礙軍運範圍內開始辦理客貨運業務。由於清代所建之土埆結構站房簡陋，約明治32年(1899年)時在原地重建為木造瓦頂結構之站房，40年(1907年)為配合都市計劃才遷移至現址。

　由於清代建造的獅球嶺隧道及沿線標準不佳，自明治28年(1895年)8月，由總督府成立臨時台灣鐵道隊，並著手進行基隆-台北間路線改良工程，首要將獅球嶺段及獅球嶺隧道進行改線，並於舊線附近約1公里處，新建一座磚造的「竹仔藔隧道」，工程於明治29年(1896年)5月動工興建，至明治31年(1898年)2月完工通車，完工時隧道內只舖設單線，但設計上已預留了雙線淨空。

　「竹仔藔隧道」為日據後的第一項重要鐵路建設，為隆重其事更在隧道北口舉辦了一個盛大的開通儀式，當時北口還有兩道瀑布而被稱為雌雄瀑布，台灣鐵道隊隊長還親自提了「雙龍」兩字於隧道北口上，因此「竹仔藔隧道」也被稱為「瀧之本隧道」，可惜的是瀑布今日已被台5線陸橋所遮蓋而消失。

　基隆-台北間路線改良工程於明治32年(1899年)5月動工，至明治33年(1900年)7月完工通車，後來因旅客及列車班次不斷增加，鐵道部於大正3年(1914年)4月時完成了基隆-八堵間路線雙軌化。

　基隆站是西部幹線的起點，也是基隆臨港線的起點，民國67年2月鐵路電氣化第一期完工通車也是以基隆站為起點，基隆站因此地位非凡。民國52年6月時車站的等級為頭等甲站，至今仍為一等站，原先也為宜蘭線列車的起發站，自鐵路電氣化及宜蘭線雙軌化工程完工後，宜蘭線列車也大多改以台北站為起站，而從基隆站延伸的基隆臨港線也於民國92年廢除，由於腹地不足的關係，今日基隆站的地位正逐漸的沒落。

　基隆站站房改建係由總督府土木局村上彰一先生負責設計面積為414.5 平方公尺，於明治40年(1907年)10月5日動工興建，41年(1908年)10月30日落成啟用 ，工程共耗資112,822日圓。新站房是一棟紅磚木造、左右對稱的文藝復興風格建築，極斜式屋頂的正上方有一座尖頂鐘塔，外屋頂四周有突起的老虎窗，搭配正面巨大拱型窗，風格簡潔又富變化。 因應旅客及列車班次增加，新建第二月台及雨蓬於

↑ 左側新建人行天橋後的基隆站

　由於舊站房老舊不敷使用，故於民國54年3月起分三期進行改建工程，首期工程於54年3月動工將站房左側改建為鋼筋水泥建築，同年12月完工，二期工程為興建現今使用中之站房，於56年1月23日落成，總面積達1,220平方公尺，為當時全台站房面積最大的火車站，三期工程係將月台石棉瓦雨棚改建為鋼筋水泥

雨棚，原跨站天橋改建為地下道，公眾盥洗室也一併重建，全部工程於57年完工，同年4月5日起更增設了基隆鐵路餐廳，以方便旅客用餐及供應部份列車飯盒，但後來由於業績不甚理想，於74年6月1日起宣告停業。

　由於建於民國56年之站房外觀已漸趨老舊，先於101年時將站房之外牆重新整修，後來為配合基隆車站更新案之進行而改建為半地下化之設計，新設計之基隆車站於104年6月29日啟用，在第一階段啟用時只開放北面站房，南面站房仍未啟用時暫以舊站作為臨時出、入口之用，至10月2日時南面站房也正式完工啟用。