Станция Петровско-Разумовское появилась в 1874 г., притом что сама Николаевская железная дорога существовала уже с 1851 г. В 1856 на карте на месте станции показан дом смотрителя железных дорог. Причина появления станции – основание Петровской земледельческой и лесной академии, которая активно расширялась в начале 1870-х гг. и в советское время превратилась в Тимирязевскую сельскохозяйственную академию.

На плане 1895 г. показаны две платформы: одна – Академическая платформа, а другая – станция Петровско-Разумовская, которая на многих картах подписывалась как полустанция. Станция (или полустанция) показана примерно на месте нынешней железнодорожной платформы.

На планах 1908 и 1911 гг. в этом месте отмечен телеграфный пост.

Академическая платформа выходила на Петровский проспект (нынешняя Лиственничная аллея), то есть находилась там, где теперь Дмитровский путепровод – мост на Дмитровском шоссе. С 1923 г. академическая платформа уже не отмечается на планах.

Кирпичное здание вокзала возведено в 1896 г. Стиль постройки – псевдорусский, насаждавшийся властями в 1880-е гг. как отсылка к «истинно русской» архитектуре середины XVII в. Приметы этого стиля – килевидные завершения окон в виде кокошников. Этот же мотив верхней части узорочного наличника XVII в. использован в оформлении двух фронтонов, украшающих боковые части вокзала. Еще в карнизе использована «ширинка» ‒ ряд квадратных ниш, тоже по мотивам допетровского узорочья.

Здание одноэтажное, симметричное, по краям два ризалита по три окна шириной. Эти боковые части завершают высокие «теремные» крыши, отсылающие все к тем же традициям зодчества допетровских палат XVII в. На вершинах крыш сохранились подлинные ажурные металлические ограды. Главный вход в здание вокзала выходит на противоположную сторону от железной дороги, к полям Тимирязевской академии (в данный момент вдоль них проходит Валаамская улица, и в 2018 г. проложена Северо-Восточная хорда). Вход напоминает порталы храмов и палат XVII в.: одна большая арка, посреди неё «гирька», два круглых столба по краям и ломаная треугольная крыша «домиком» сверху. Однако узкие окна по краям от портала ближе к классицизму – имеют вместо кокошников замковые камни сверху.

Изначально стены здания были краснокирпичными неокрашенными, на фоне которых выделялись лепные детали: наличники окон в виде кокошников, детали портала, карнизы и т. д. Увы, в советское время стены целиком закрасили, что сделало декор здания менее выразительным.

Еще в 1960-е гг. вокзал эксплуатировался по своему прямому назначению, однако к 80-м гг. выпал из жизни станции, а сегодня используется под административные нужды.