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  最早的巴黎北站于19世纪中叶由巴黎国立路桥学校(École des Ponts ParisTech)承建,该站作为北铁公司(Compagnie des chemins de fer du Nord)的路网起点站,于1846年6月14日随着巴黎-里尔铁路(Ligne Paris - Lille)的通车而启用。同时,在北站北部数百米处兴建了一个车厂,供列车存放和维修用。

  起初,巴黎北站只有2条路轨。到了1854年,北铁公司觉得2条路轨不够用,就打算在附近另建一个新客运站,然后从巴黎北站的主线另辟一条支线与之相连。但最终,他们决定重建北站。于是,1860年,北铁公司拆毁了部分站屋以腾出空间,拆毁的石料被运到里尔,并以此为基础建起了里尔佛兰德车站(Gare de Lille-Flandres)。之后,德裔法国建筑师雅克·希托夫(Jacques Hittorff)主持了巴黎北站的重建,重建工程自1861年5月起,至1865年12月结束,不过到1864年,不等重建完成,新的北站就投入使用了。北站重建后,面积达到了3.6万平方米,是原来的3倍。路轨数从原来的2条增加到8条,其中4条用作郊区铁路,另4条分别作为干线铁路的到达和始发用。其后,在1860年代中,奥斯曼男爵大幅修缮巴黎市容,巴黎北站也新建了一个门面。  巴黎北站投入使用后,又往周边新增了多条线路,除了固有的巴黎-里尔线之外,1861年又开通了平原-伊尔松铁路(Ligne La Plaine - Hirson),1863年又开通了巴黎-阿让特伊铁路(Ligne Paris-Argenteuil via Ermont)。客流量亦增长迅速,从1875年至1885年,客流量从600万增加到700万,相应的,路轨数目也从8条增加到1875年的13条,再增加到1889年世界博览会期间的18条。而车站内部也进行了重整,多个候车大厅和运输处被移除,站屋额外扩建了两翼。轨道和站台被重新分配:1~5号轨道供巴黎-里尔线远郊车上落和干线列车始发,6~9号轨道供往返蓬图瓦兹(Pontoise)的远郊车上落,10~13号供伊尔松线远郊车上落,10~16号供干线列车到达,17和18号供近郊轻轨电车上落。  到了1900年世界博览会期间,随着客流增长,巴黎北站的轨道数增加至28条,于是轨道和站台再度被重新分配:1~5号轨道供干线列车始发,6~13号供北郊和西北郊(比如蓬图瓦兹)远郊车,14~19号供干线列车到达,20~24号供东北郊(行走伊尔松线)远郊车,25~28号供轻轨电车和环城铁路(Ligne de Petite Ceinture)。  和巴黎其它火车站一样,巴黎北站的规模面对不断增长的交通显得日益局促,于是,在1930年代和1960年代,该站又先后得到了两次扩建。1934年,北站的北部进行了大规模的施工,兴建了多个立体交叉,线路网得到重新布局,以分流来自和开往各地的列车,同年,在北边兴建了一个新车库,用作远郊车的存放。1960年代,北站路网进行了电气化改造,配备了25千伏50Hz交流电,相应的,个别站台长度被延长至400米。1970年12月8日,随着北站路网最后一条远郊铁路完成电气化,巴黎郊区路网彻底告别了蒸汽机车。

  1970年代末,巴黎北站东面兴建了地下站台,以应对南部的RER B线与北站路网进行南北互通。这一举措同时还可以给未来的法国高速铁路北线(TGV Nord)留出空间。同时,在远郊车站台的上方兴建了公交车站,这样乘客可以通过自动扶梯来往地下站台,地面远郊车站台和上层公交车站。值得一提的是,在当时,巴黎北站的交通流量增长迅猛,15年内增加1倍,总流量已达全法之冠。  1977年2月7日,内阁部门通过了修建巴黎北站地下站台的决议。由于之前在修建北站的地下站台时已经有了一定的经验积累,SNCF在这次修建时得以尽可能的缩短工期。不过和此前不同的是,巴黎北站地面路轨从北部3公里处就开始进行重整,修建了多个立体交叉,以方便新路轨进入地下,而不是像之前北站那样仅仅是新修路轨。1977年秋,施工开始,新建的地下站台包括两个不直接相通的岛式站台,长度分别为14和17米,地下站台和地面站台,公交站,地铁通过中层走廊相连,施工在315米长,50米宽的车站东面露天进行(建在东面更便于转乘地铁),但不会对车站运作带来较大影响。  地下站台施工使得地面列车的运作也做了相应调整:在马嘉德桥(Pont-Marcadet)和平原电车站(La Plaine-Tramways)附近的小停靠站被关闭;行走圣旺-船坞铁路(Ligne de Saint-Ouen-les-Docks)的列车不再进入巴黎北站,而是只开到圣旺;通往巴黎环城铁路的连接线也被弃用。到了1980年12月14日,开往米提(Mitry)和戴高乐机场的远郊车改到34~36号路轨发车,1982年7月18日,开往奥瑞城(Orry-la-Ville)的远郊车亦改到31~33号路轨发车,而这两条远郊线最终成为了未来RER B线和RER D线的线路北半部。  1982年秋,西面地下站台竣工,不久东面站台也竣工。于是巴黎北站就拥有了33条轨道,居全欧洲之冠。

  1993年,法国高速铁路北线投入使用,次年,欧洲之星亦通车运营。再过一年,大力士高速列车亦加入营运。这就使得巴黎北站面临新一轮的站台和轨道重置,还包括信号灯,转辙器,立体交叉等分流设备的改造。另外,有13个地面站台的长度被延长到405米。重整后的轨道数目减少1个,其中1号和2号路轨供内部员工使用,不对外开放;而3~6号路轨供欧洲之星列车专用,地面设有隔离区,需通过车站二层的边检通道前往。

  巴黎北站的现时车站建于1860年代初。在当时,设计师雅克·希托夫修改了最初的草图,另外设计了一个新古典主义式站屋,并根据当时的惯例,把车站设计成“U”形。尽管从设计的角度来看,十分雄伟,但也限制了日后扩充轨道的可能性。  巴黎北站的站屋门面包含一个凯旋门式的中亭和两边各一的小亭,用大量的砖石建成。门面上用当时13位著名雕塑家雕刻的的23座雕像进行装饰,其中最高大雄伟的那几座代表着巴黎北站通往的各个国际都市,比如伦敦,阿姆斯特丹,柏林,布鲁塞尔等,以及巴黎自身,而那些比较朴实端庄的雕像则代表着国内各地。  车站大堂的立柱建于1862年,而这些立柱之前是在苏格兰加工制造完毕再运抵法国,因为只有苏格兰有那样一家铸造厂有能力加工那样的车站立柱。车站大堂内部设有许多候车室,这些候车室依照列车终点站不同和车厢等级不同进行划分。除此之外,大堂内部还设有售票处,行李托运处和海关等。  现时,车站正在进行门面修缮,相关施工工程自2008年12月开始,预计于2010年9月完成。将耗材500吨。

  

  巴黎北站的长途线路位于地面,是一个尽头式的铁路车站。站台中部设有一个东西向的地下通道,可连接各个法国国内线路列车停靠的站台及快铁车站。

  巴黎北站的快铁车站位于地下,供法兰西岛大区快铁B线和D线使用,轨道和站台呈南北走向。西边的岛式站台为北行列车停靠,一般来说,B线使用43号轨道(靠东),D线使用41号轨道(靠西);东边的岛式站台为南行列车停靠,一般来说,B线使用42号轨道(靠东),D线使用44号轨道(靠西)。远郊车的发车点在地面站台东侧,即30~36号轨道。

  

  自2019年1月1日起,原有的巴黎—圣康坦—莫伯日和巴黎—亚眠—布洛涅两条城际列车线路划归至上法兰西大区公共交通线路网中,至此,巴黎北站已无任何城际列车线路。

  巴黎北站是法兰西岛大区快铁B线和D线的中途站,亦是巴黎北部远郊路网的起点,乘客可以乘坐各班列车来往巴黎北郊,西北郊,东北郊,东南郊,南郊各地,以及戴高乐机场和奥利机场这两个巴黎大区的主要机场。

  

  巴黎北站地下有相对应的地铁站,方便乘客乘坐巴黎地铁4号线和5号线前往巴黎市区各处;中层转乘通道还有一条长走廊向北通往2号线的小教堂站(La Chapelle)。

  除了巴黎北站内的法兰西岛大区快铁B线和D线外,巴黎北站有地下通道连接到东边更深的另一个地下RER车站——马让塔站,可以换乘法兰西岛大区快铁E线。该站于1999年由总理若斯潘揭牌,是迄今为止在巴黎市区最后两个启用的地下车站之一(另一个是奥斯曼圣拉扎尔站)。  该站启用年份较晚,尽管客流量较大,但车站目前尚未出现设施老化损坏的现象。另外,该车站还配备了摄像头监控,残障人士设施和升降机。不过,该站存在渗水的问题,SNCF定期对其进行维护。

  巴黎北站有RER和远郊车服务巴黎北部郊区,那里的居民多为移民,环境复杂,社会矛盾突出,治安较差,2005年就曾爆发大规模骚乱。由于列车班次较为密集,无形中给本站增加了来自北郊的流动人口,因此,巴黎北站间歇性的发生一些群体事件。  2007年3月27日,一名逃票者在巴黎北站遭检票人员查票,双方发生冲突,导致周围围观青年卷入,引发一场小骚乱。地铁运营商巴黎大众运输公司(RATP)表示,是逃票青年攻击了检票人员和巡警,而围观青年则声称,是检票人员和警方粗暴对待逃票者。该事件发生距2007年法国总统选举不到一个月,再度引发人们对巴黎北郊社会环境的讨论。  2007年7月27日,当晚19时30分。一名40岁的阿尔及利亚男子被警方用子弹打伤,伤势严重。据警方称,当时他们试图查他的身份证件,而他意图用武器伤人。该男子后来由于伤重,于次日凌晨宣告不治。  2007年9月2日晚间,在巴黎北站地下发生年轻人帮派斗殴事件,起先,帮派斗殴从拉法耶特路(Rue Lafayette)96号的一家咖啡馆里开始,之后被警方制止,并逮捕了一批人,余下的人移步巴黎北站继续打斗,警方再度制止。之后巴黎北站地下安装了摄像头监控。

  巴黎北站曾经出现在多部文学作品中,包括电影和歌曲。
巴黎北站()是法国国铁(SNCF)在巴黎的七大列车始发站之一,位于巴黎市区北部的第十区,包含了多种铁路运输服务和城市轨道交通服务,如巴黎地铁、大区列车(RER)、远郊铁路(Transilien)、省际列车(TER)、和欧洲之星等。就旅客人数而言(每年约有1.8亿人次),目前巴黎北站是欧洲最繁忙的铁路车站,也是世界上第二十四繁忙的铁路车站,亦是除日本的铁路车站以外,全世界最繁忙的火车站。