清华园站始建于清宣统二年（1910年），是由詹天佑主持修建的京张铁路出西直门站后的第一座车站，其站名由詹天佑亲笔题写。该站原址位于清华大学南门外，1950年代因校园扩建东移800米至现北京航空航天大学后门附近。作为三等站，清华园站承担过货运、客运及清华师生通勤功能，抗战期间曾运送物资并转移珍贵书籍。

2016年10月31日22时55分，末班车S232次驶离后，清华园站正式停运。次日启动的京张高铁清华园隧道工程，采用直径12.2米盾构机掘进，消除五道口等3处平交道口。

截至2018年9月，原站场轨道已全部拆除，部分职工分流至昌平北站和黄土店站。

。2016年后该区域不再具备铁路功能，转为历史遗存。

1949年3月，毛泽东等中共中央领导人经清华园站进入北平，但该事件发生地为未迁移前的原站址。抗日战争期间，清华大学通过该站向后方转移典籍仪器，朱自清等学者组织过物资运输。

停运前半个月，纪念车票即告售罄，10月31日当晚数百名铁路爱好者聚集拍摄末班车。原站长刘凤强值守至最后一班列车离站，售票员牛世壮在此工作32年直至闭站。