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  最早的巴黎北站於19世紀中葉由巴黎國立路橋學校(École des Ponts ParisTech)承建,該站作為北鐵公司(Compagnie des chemins de fer du Nord)的路網起點站,於1846年6月14日隨著巴黎-里爾鐵路(Ligne Paris - Lille)的通車而啟用。同時,在北站北部數百米處興建了一個車廠,供列車存放和維修用。

  起初,巴黎北站只有2條路軌。到了1854年,北鐵公司覺得2條路軌不夠用,就打算在附近另建一個新客運站,然後從巴黎北站的主線另闢一條支線與之相連。但最終,他們決定重建北站。於是,1860年,北鐵公司拆毀了部分站屋以騰出空間,拆毀的石料被運到里爾,並以此為基礎建起了里爾佛蘭德車站(Gare de Lille-Flandres)。之後,德裔法國建築師雅克·希托夫(Jacques Hittorff)主持了巴黎北站的重建,重建工程自1861年5月起,至1865年12月結束,不過到1864年,不等重建完成,新的北站就投入使用了。北站重建後,面積達到了3.6萬平方米,是原來的3倍。路軌數從原來的2條增加到8條,其中4條用作郊區鐵路,另4條分別作為幹線鐵路的到達和始發用。其後,在1860年代中,奧斯曼男爵大幅修繕巴黎市容,巴黎北站也新建了一個門面。  巴黎北站投入使用後,又往周邊新增了多條線路,除了固有的巴黎-里爾線之外,1861年又開通了平原-伊爾鬆鐵路(Ligne La Plaine - Hirson),1863年又開通了巴黎-阿讓特伊鐵路(Ligne Paris-Argenteuil via Ermont)。客流量亦增長迅速,從1875年至1885年,客流量從600萬增加到700萬,相應的,路軌數目也從8條增加到1875年的13條,再增加到1889年世界博覽會期間的18條。而車站內部也進行了重整,多個候車大廳和運輸處被移除,站屋額外擴建了兩翼。軌道和站臺被重新分配:1~5號軌道供巴黎-里爾線遠郊車上落和幹線列車始發,6~9號軌道供往返蓬圖瓦茲(Pontoise)的遠郊車上落,10~13號供伊爾鬆線遠郊車上落,10~16號供幹線列車到達,17和18號供近郊輕軌電車上落。  到了1900年世界博覽會期間,隨著客流增長,巴黎北站的軌道數增加至28條,於是軌道和站臺再度被重新分配:1~5號軌道供幹線列車始發,6~13號供北郊和西北郊(比如蓬圖瓦茲)遠郊車,14~19號供幹線列車到達,20~24號供東北郊(行走伊爾鬆線)遠郊車,25~28號供輕軌電車和環城鐵路(Ligne de Petite Ceinture)。  和巴黎其它火車站一樣,巴黎北站的規模面對不斷增長的交通顯得日益侷促,於是,在1930年代和1960年代,該站又先後得到了兩次擴建。1934年,北站的北部進行了大規模的施工,興建了多個立體交叉,線路網得到重新佈局,以分流來自和開往各地的列車,同年,在北邊興建了一個新車庫,用作遠郊車的存放。1960年代,北站路網進行了電氣化改造,配備了25千伏50Hz交流電,相應的,個別站臺長度被延長至400米。1970年12月8日,隨著北站路網最後一條遠郊鐵路完成電氣化,巴黎郊區路網徹底告別了蒸汽機車。

  1970年代末,巴黎北站東面興建了地下站臺,以應對南部的RER B線與北站路網進行南北互通。這一舉措同時還可以給未來的法國高速鐵路北線(TGV Nord)留出空間。同時,在遠郊車站臺的上方興建了公交車站,這樣乘客可以通過自動扶梯來往地下站臺,地面遠郊車站臺和上層公交車站。值得一提的是,在當時,巴黎北站的交通流量增長迅猛,15年內增加1倍,總流量已達全法之冠。  1977年2月7日,內閣部門通過了修建巴黎北站地下站臺的決議。由於之前在修建北站的地下站臺時已經有了一定的經驗積累,SNCF在這次修建時得以儘可能的縮短工期。不過和此前不同的是,巴黎北站地面路軌從北部3公里處就開始進行重整,修建了多個立體交叉,以方便新路軌進入地下,而不是像之前北站那樣僅僅是新修路軌。1977年秋,施工開始,新建的地下站臺包括兩個不直接相通的島式站臺,長度分別為14和17米,地下站臺和地面站臺,公交站,地鐵通過中層走廊相連,施工在315米長,50米寬的車站東面露天進行(建在東面更便於轉乘地鐵),但不會對車站運作帶來較大影響。  地下站臺施工使得地面列車的運作也做了相應調整:在馬嘉德橋(Pont-Marcadet)和平原電車站(La Plaine-Tramways)附近的小停靠站被關閉;行走聖旺-船塢鐵路(Ligne de Saint-Ouen-les-Docks)的列車不再進入巴黎北站,而是只開到聖旺;通往巴黎環城鐵路的連線線也被棄用。到了1980年12月14日,開往米提(Mitry)和戴高樂機場的遠郊車改到34~36號路軌發車,1982年7月18日,開往奧瑞城(Orry-la-Ville)的遠郊車亦改到31~33號路軌發車,而這兩條遠郊線最終成為了未來RER B線和RER D線的線路北半部。  1982年秋,西面地下站臺竣工,不久東面站臺也竣工。於是巴黎北站就擁有了33條軌道,居全歐洲之冠。

  1993年,法國高速鐵路北線投入使用,次年,歐洲之星亦通車運營。再過一年,大力士高速列車亦加入營運。這就使得巴黎北站面臨新一輪的站臺和軌道重置,還包括訊號燈,轉轍器,立體交叉等分流裝置的改造。另外,有13個地面站臺的長度被延長到405米。重整後的軌道數目減少1個,其中1號和2號路軌供內部員工使用,不對外開放;而3~6號路軌供歐洲之星列車專用,地面設有隔離區,需通過車站二層的邊檢通道前往。

  巴黎北站的現時車站建於1860年代初。在當時,設計師雅克·希托夫修改了最初的草圖,另外設計了一個新古典主義式站屋,並根據當時的慣例,把車站設計成“U”形。儘管從設計的角度來看,十分雄偉,但也限制了日後擴充軌道的可能性。  巴黎北站的站屋門面包含一個凱旋門式的中亭和兩邊各一的小亭,用大量的磚石建成。門面上用當時13位著名雕塑家雕刻的的23座雕像進行裝飾,其中最高大雄偉的那幾座代表著巴黎北站通往的各個國際都市,比如倫敦,阿姆斯特丹,柏林,布魯塞爾等,以及巴黎自身,而那些比較樸實端莊的雕像則代表著國內各地。  車站大堂的立柱建於1862年,而這些立柱之前是在蘇格蘭加工製造完畢再運抵法國,因為只有蘇格蘭有那樣一家鑄造廠有能力加工那樣的車站立柱。車站大堂內部設有許多候車室,這些候車室依照列車終點站不同和車廂等級不同進行劃分。除此之外,大堂內部還設有售票處,行李託運處和海關等。  現時,車站正在進行門面修繕,相關施工工程自2008年12月開始,預計於2010年9月完成。將耗材500噸。

  

  巴黎北站的長途線路位於地面,是一個盡頭式的鐵路車站。站臺中部設有一個東西向的地下通道,可連線各個法國國內線路列車停靠的站臺及快鐵車站。

  巴黎北站的快鐵車站位於地下,供法蘭西島大區快鐵B線和D線使用,軌道和站臺呈南北走向。西邊的島式站臺為北行列車停靠,一般來說,B線使用43號軌道(靠東),D線使用41號軌道(靠西);東邊的島式站臺為南行列車停靠,一般來說,B線使用42號軌道(靠東),D線使用44號軌道(靠西)。遠郊車的發車點在地面站臺東側,即30~36號軌道。

  

  自2019年1月1日起,原有的巴黎—聖康坦—莫伯日和巴黎—亞眠—布洛涅兩條城際列車線路劃歸至上法蘭西大區公共交通線路網中,至此,巴黎北站已無任何城際列車線路。

  巴黎北站是法蘭西島大區快鐵B線和D線的中途站,亦是巴黎北部遠郊路網的起點,乘客可以乘坐各班列車來往巴黎北郊,西北郊,東北郊,東南郊,南郊各地,以及戴高樂機場和奧利機場這兩個巴黎大區的主要機場。

  

  巴黎北站地下有相對應的地鐵站,方便乘客乘坐巴黎地鐵4號線和5號線前往巴黎市區各處;中層轉乘通道還有一條長走廊向北通往2號線的小教堂站(La Chapelle)。

  除了巴黎北站內的法蘭西島大區快鐵B線和D線外,巴黎北站有地下通道連線到東邊更深的另一個地下RER車站——馬讓塔站,可以換乘法蘭西島大區快鐵E線。該站於1999年由總理若斯潘揭牌,是迄今為止在巴黎市區最後兩個啟用的地下車站之一(另一個是奧斯曼聖拉扎爾站)。  該站啟用年份較晚,儘管客流量較大,但車站目前尚未出現設施老化損壞的現象。另外,該車站還配備了攝像頭監控,殘障人士設施和升降機。不過,該站存在滲水的問題,SNCF定期對其進行維護。

  巴黎北站有RER和遠郊車服務巴黎北部郊區,那裡的居民多為移民,環境複雜,社會矛盾突出,治安較差,2005年就曾爆發大規模騷亂。由於列車班次較為密集,無形中給本站增加了來自北郊的流動人口,因此,巴黎北站間歇性的發生一些群體事件。  2007年3月27日,一名逃票者在巴黎北站遭檢票人員查票,雙方發生衝突,導致周圍圍觀青年捲入,引發一場小騷亂。地鐵運營商巴黎大眾運輸公司(RATP)表示,是逃票青年攻擊了檢票人員和巡警,而圍觀青年則聲稱,是檢票人員和警方粗暴對待逃票者。該事件發生距2007年法國總統選舉不到一個月,再度引發人們對巴黎北郊社會環境的討論。  2007年7月27日,當晚19時30分。一名40歲的阿爾及利亞男子被警方用子彈打傷,傷勢嚴重。據警方稱,當時他們試圖查他的身份證件,而他意圖用武器傷人。該男子後來由於傷重,於次日凌晨宣告不治。  2007年9月2日晚間,在巴黎北站地下發生年輕人幫派鬥毆事件,起先,幫派鬥毆從拉法耶特路(Rue Lafayette)96號的一家咖啡館裡開始,之後被警方制止,並逮捕了一批人,餘下的人移步巴黎北站繼續打鬥,警方再度制止。之後巴黎北站地下安裝了攝像頭監控。

  巴黎北站曾經出現在多部文學作品中,包括電影和歌曲。
巴黎北站()是法國國鐵(SNCF)在巴黎的七大列車始發站之一,位於巴黎市區北部的第十區,包含了多種鐵路運輸服務和城市軌道交通服務,如巴黎地鐵、大區列車(RER)、遠郊鐵路(Transilien)、省際列車(TER)、和歐洲之星等。就旅客人數而言(每年約有1.8億人次),目前巴黎北站是歐洲最繁忙的鐵路車站,也是世界上第二十四繁忙的鐵路車站,亦是除日本的鐵路車站以外,全世界最繁忙的火車站。