Железная дорога от Москвы до села Савёлово на Волге была построена по инициативе Саввы Мамонтова, председателя Правления Московско-Ярославско-Архангельской железной дороги. Планировалось её продление до Углича, Калязина и Рыбинска, чтобы соединить речной торговый путь по Волге с Москвой. Мамонтов, вместе с министром финансов С.Ю. Витте, понимал, что в первые годы линия не будет приносить прибыль, но считал её стратегически важной для развития северных регионов России.

Строительство началось от станции Лосиноостровская Московско-Ярославско-Архангельской железной дороги до станции Бескудниково, откуда начиналась Савёловская дорога.

Вокзал начали возводить на окраине Москвы, у Бутырской заставы, где земля была дешёвой. Завершение строительства планировалось на зиму 1899 года, но работы неожиданно остановились. Московско-Виндавская железная дорога предложила купить участок Бескудниково, Савёлово и построить вокзал в другом месте. Однако летом 1900 года Московско-Ярославско-Архангельская дорога была выкуплена государством, сделка не состоялась, и строительство вокзала продолжилось на прежнем месте.

Работами руководил инженер А.С. Сумароков, который, возможно, был автором проекта вокзала. Здание вокзала было одноэтажным, с двухэтажной центральной частью. Строительство завершилось в 1902 году. До этого поезда отправлялись с Ярославского вокзала и переходили на Савёловскую железную дорогу через соединительную линию Бескудниково, Лосиноостровская. Открытие движения поездов от нового вокзала, названного Бутырским, состоялось 10 (23) марта 1902 года. Вокзал стал самым новым в Москве.

В 1900 году Московская городская дума, осознавая значение вокзала и ожидая роста цен на прилегающие земли, изменила границы Москвы и Московского уезда, включив вокзал в состав города.

Савёловский вокзал всегда считался самым тихим, а Савёловское направление, самым малолюдным. Ильф и Петров в «Двенадцати стульях» упоминают, что через Савёловский вокзал в Москву прибывает наименьшее количество людей: башмачники из Талдома, жители Дмитрова, работники Яхромской мануфактуры и дачники из Хлебниково. Поездка в Москву по этой линии занимает немного времени, максимальное расстояние, сто тридцать верст.

Со временем вокзал стал тесным для увеличивающегося потока пассажиров. С него можно было отправиться в Рыбинск, Углич и Санкт-Петербург (через Сонково), но путь в Петербург занимал сутки из-за малодеятельных однопутных линий. В 1987 году началась реконструкция Савёловского вокзала, после которой он стал двухэтажным, сохранив при этом свой облик. В 1999 году все поезда дальнего следования были переведены на Белорусский вокзал, и обсуждался вопрос о закрытии Савёловского.

Сегодня Савёловский вокзал, единственный в Москве, обслуживающий только пригородные электрички. В 2004 и 2010 годах он обслуживал экспрессы в аэропорт Шереметьево.