Железная дорога от Москвы до села Савёлово на Волге строилась по предложению председателя Правления общества Московско-Ярославско-Архангельской железной дороги Саввы Мамонтова. В дальнейшем предполагалось продлить её до Углича, Калязина и, главное, до Рыбинска, чтобы связать речной торговый путь по Волге с Москвой. Мамонтов понимал, что в первые годы своей работы линия не будет прибыльной, однако, вместе с министром финансов С.Ю. Витте, полагал, что дорога стратегически важна для развития северных областей России.

Строительство началось от станции Лосиноостровская Московско-Ярославско-Архангельской железной дороги к станции Бескудниково, откуда начиналась сама Савёловская дорога.

Вокзал начали строить на окраине Москвы, у Бутырской заставы, за пределами Москвы, где земля была недорогой. Окончание его строительства намечалось на зиму 1899 года, однако, работы неожиданно остановились. Дело в том, что Московско-Виндавская железная дорога предложила продать ей уже построенный участок Бескудниково – Савёлово и построить вокзал в другом месте. Но летом 1900 года Московско-Ярославско-Архангельская дорога была выкуплена в казну, сделка по продаже не состоялась и вокзал продолжили строить на старом месте.

Руководил работами инженер А.С. Сумароков. Есть предположение, что именно он был автором проекта вокзала. Сам вокзал представлял собой скромное одноэтажное здание, лишь центральная часть была двухэтажной. Его строительство закончилось в 1902 году. До этого поезда отправлялись с Ярославского вокзала и переходили на Савёловскую железную дорогу по соединительной линии Бескудниково – Лосиноостровская. Движение поездов от нового вокзала, названного Бутырским, было торжественно открыто 10 (23) марта 1902 года. Вокзал стал самым «молодым» в Москве.

Московская городская дума, понимая значение вокзала и предполагая существенный рост цен на прилегающие к нему земли, в 1900 году изменила границы Москвы и Московского уезда и включила вокзал в состав города.

За всё время своего существования Савёловский вокзал считался самым тихим, а Савёловское направление – самым глухим. Ильф и Петров пишут о нём в «Двенадцати стульях»: «Самое незначительное число людей прибывает в Москву через Савёловский. Это башмачники из Талдома, жители города Дмитрова, работники Яхромской мануфактуры или унылый дачник, живущий зимой и летом на станции Хлебниково. Ехать здесь в Москву недолго. Самое большее расстояние по этой линии – сто тридцать верст».

Со временем вокзал стал тесным для растущего потока пассажиров. С него можно было уехать в Рыбинск, Углич и Санкт-Петербург (через Сонково), причём путь в Петербург проходил по малодеятельным однопутным линиям и занимал целые сутки. В 1987 году началась реконструкция Савёловского вокзала. После реконструкции вокзал стал двухэтажным, но в общих чертах сохранил свой облик. В 1999 году все поезда дальнего следования были переведены с Савёловского вокзала на Белорусский, всерьёз ставился вопрос о его закрытии.

В наше время Савёловский вокзал – единственный в Москве, обслуживающий только пригородные электрички. В 2004 – 2010 годах Савёловский вокзал обслуживал поезда-экспрессы в аэропорт Шереметьево.