Le chemin de fer de la compagnie du Nord Paris-frontière belge dessert la gare depuis le 11 juillet 1846 à raison d'un train à la demi-heure. Elle constitue la seconde gare la plus importante de la ligne Paris-Nord - Lille. En 1848, la gare est entièrement détruite par les émeutiers. En 1865-1866, profitant de la construction de la ligne Enghien - Montmorency, la Compagnie du Nord reconstruit la gare des marchandises (« petite vitesse ») au nord des installations : elle occupe un quadrilatère au-delà de la rue du Départ, comprenant une halle, un quai à bestiaux, un dépôt pour les marchandises pondéreuses et une bascule. La gare devient de 1866 à 1954 le terminus d'un chemin de fer secondaire desservant Montmorency, surnommé le Refoulons.
Elle a été également jusqu'en 1935 le terminus de deux lignes de tramway, l'Enghien - Montmorency et l'Enghien - Trinité.
Durant l'été 1928, la Compagnie réorganise la desserte de la gare d'Enghien et des deux haltes qui l'encadrent. Les travaux se déroulent de 1930 à 1934. La gare de la petite vitesse déménage au Bois Jacques à Soisy et est agrandie et modernisée à cette occasion. L'ancien terrain, cédé à la Ville, devient le square Jean-Mermoz, inauguré en 1937.
En avril/mai 1969, la traction électrique est en service sur Paris/Pontoise accompagnée de la signalisation par block automatique lumineux. À cette occasion, la troisième voie centrale dite de « relation » de la section Enghien-les-Bains/Ermont - Eaubonne est banalisée afin de fluidifier le trafic. Cette voie avait été conçue afin d'assurer une desserte spécifique de l'hippodrome d'Enghien, desserte dorénavant assurée par les trains réguliers de banlieue vu la forte diminution de ce trafic.
