按照《北京城市总体规划（2004年-2020年）》，北京北站是北京“四主铁路枢纽”（北京站、北京西站、北京南站和北京北站）之一。
西直门车站是历史上中国自主设计建造的第一条干线铁路——京张铁路（北京丰台柳村至张家口）上的车站。1905年京张铁路西直门车站动工，1906年8月竣工。由中国著名的铁路设计师詹天佑亲自设计和监造的。1988年西直门火车站改名北京北站。2005年北京北站改造工程动工，2009年1月北京北站新的主站房正式投入使用。原车站旧式主站房被北京市文物局定为北京市二级文物，将被长期保留。
北京北站隶属北京铁路局管辖，隶属北京西站管理。现为一等站。承担京通线铁路、京包线铁路列车以及北京—延庆S2线动车组列车始发。客运：办理旅客乘降；行李、包裹托运。货运：办理整车、零担货物发到。
1905年12月12日，京张铁路西直门车站动工，1906年8月西直门车站包括主站房、站台、天桥、机车库和宿舍等设施。1909年北京丰台至张家口的京张线铁路通车，西直门车站正式投入运营。当时称作“京张铁路西直门车站”。
旧北京北站站台
1923年京张线铁路向西延伸至绥远，西直门车站改称平绥铁路西直门车站。在北京北站旧站房上写着：“平绥铁路西直门车站”，是北京北站在1927年到1949年使用的名字。
1988年西直门火车站改名北京北站。
1995年，北京市政府公布“平绥铁路西直门站旧址”为第五批北京市文物保护单位。
2005年，北京北站开始改造站台，2007年新建北京北站六层主站房，2008年12月竣工，2009年1月17日新建北京北站主站房正式启用。
旧西直门车站1906年8月竣工的“京张铁路西直门车站”
北京北站旧式主站房
由中国著名的铁路工程师詹天佑设计和监造，车站主体建筑、月台、连接两个月台的过街天桥均为詹天佑设计。由詹天佑主持设计的京张铁路一直被认为是中国人自己设计建造的第一条铁路（京张铁路于1905年开始动工，1909年9月全线完工。南起北京丰台的柳村，北至张家口，全长197公里）。值得注意的是当时的西直门火车站并非是京张线铁路的起点，不过是京张铁路线上一座非常重要的大站。1921年，京张铁路通至绥远，当时北京叫“北平”，故更名称“平绥铁路”，后通至包头，更名为“京包铁路”。20世纪70年代，北京市区内几段铁路被拆除，其中就有西直门到五路、广安门到西直门这两段。另外从西直门经德胜门到东直门的市内铁路，也因为地铁的修建而拆除。从那以后，西直门火车站就成了京包铁路的起点站。是京包线（北京-包头）、京通线（北京-通辽）旅客列车的始发站和终点站。从北京去往内蒙古通辽、赤峰及八达岭长城等地的旅客，都要从北京北站出发。
旧站房上书“平绥铁路西直门车站”
西直门车站东西方向被高梁河、护城河环绕，站北曾经有大片芦苇塘。京张铁路西直门车站平面近似矩形，主站房面积2300平方米，车站正面入口为三孔外券廊，朝站台一面也用连廊，站台为并列式，旅客进站方向与站台垂直，建有跨越铁道的铁架天桥。车站主站房经历了100年的风雨，仍在使用，而且保存得相当完好。
北京北站新建主站房正式启用后，旧式主站房作为平绥铁路西直门站旧址被作为文物予以保留。
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