1954年9月1日，丰台西站开工修建。

1956年3月25日，丰台西站正式投入使用，初期只有14股道，一个车场。

1959年，丰台西站改建成单向混合式三级四场机械化驼峰编组站。

1975年11月，丰台西站完成“四六四”改造，即在到达场八股道的基础上再增加四股道；在编组场二十四股道的基础上再增加六股道；在出发场八股道的基础上再增加四股道。

1984年至1991年，对丰台西站下行系统进行改造，

1991年，丰台西站下行系统完工，扩建成双向纵列式三级八场半自动化驼峰编组站。

2009年4月24日，丰台西站完成上行驼峰自动化改造，建成双向纵列式三级八场自动化驼峰编组站。

2025年1月6日，北京丰台西站作为始发地之一的铁路快捷物流示范班列成功开行。3月12日，由中铁电气化局一公司承建的北京丰台西站上行驼峰雨棚主体工程顺利完成吊装作业，为项目的后续各工序全穿插、快速建造施工奠定了坚实基础。4月3日，北京丰台西站编组站雨棚工程主体结构全部顺利完工。