La gare de Trappes était très fréquentée, à la fin du XIX siècle et au début du XX siècle, par des canotiers et des promeneurs qui arrivaient de Paris pour aller à l'étang de Trappes (ancien nom de l'étang de Saint-Quentin).
En 1911, la gare de triage de Versailles - Matelots est saturée ; pour y remédier, il est construit à Trappes un dépôt de locomotives et une nouvelle gare de triage qui font de Trappes l'un des centres ferroviaires les plus importants de France. L’arrivée d'une main d’œuvre d'origine provinciale, essentiellement bretonne, permet à Trappes d'augmenter sa population et de devenir une cité cheminote.
Les Dents de Scie sont une cité ouvrière construite en 1931, à proximité de la gare, afin de loger des cheminots et leurs familles.
L'ancien dépôt de locomotives a été érigé en 1935 par l'Administration des Chemins de Fer de l'État, détruit en 1944 et rebâti à l'identique entre 1945 et 1947.
En 1944, en vue de préparer la bataille de Normandie, les bombardements alliés, visent les installations ferroviaires. Quatre bombardements causent de graves dégâts à la ville et font plus de 100 victimes.
Le 17 janvier 1990, l'humoriste Jamel Debbouze y perdit l'usage de son bras droit, happé par le train Paris-Nantes lancé à 150 km/h.
Compagnies ayant autrefois desservi la gare
- Compagnie des chemins de fer de l'État
- Compagnie des chemins de fer de l'Ouest
- État français
