清光緒二十六年（1900）八國聯軍攻佔北京城後，爲保證軍需供應和控制北京，英、法聯合修築馬家堡至北京前門東站的鐵路。當時正陽門東站（俗稱前門東站）無固定站所，光緒三十二年（1906）正式建成站所。1924年孫中山進京，北京市民聞訊在前門東站舉行歡迎儀式，李大釗等人到車站迎接。抗日戰爭和解放戰爭時期，中共北平地下鐵路工作委員會在前門東站建立黨的地下組織，發展黨員，並開展鬥爭。
1959年9月，新建的北京站開通運營，正陽門東站停用。20世紀60年代初，原車站被改造成鐵道部科技館，不久又歸屬北京鐵路分局，改建成北京鐵路文化宮。20世紀70年代，爲給北京環線地鐵讓路，正陽門東站以鐘樓爲中心進行“鏡面對稱平移”，但車站建築外觀仍儲存歷史原貌。
2001年，正陽門東站舊址被公佈爲北京市文物保護單位。2010年10月，被改造爲中國鐵道博物館正陽門館，正式對外開放。博物館建築面積近萬平方米，集收藏、陳列、宣傳、教育等功能於一體，展館內容分爲蹣跚起步、步履維艱、奮發圖強、長足進步和科學發展等5部分，涵蓋了中國鐵路從清末至今屈辱、奮爭、興盛和輝煌的歷史。
