清光绪三十三年(西元1907年)，真茹站随沪宁铁路同时开始营运的，当时真茹站只是沪宁线上一座只有两条站线的小站。1946年改称真如站。
1949年中华人民共和国成立后，随着国民经济的发展，真如站规模不断扩大。1953年起，真如站先后铺设了九条专用线和三条新站线。1957年后，此处又相继建成太平桥货场和石泉路货场，与上海东站一起成为上海铁路枢纽的主要货运站。
自1980年起，原为货运站的真如站开始增办春节临客到发，陆续担当自上海北站移来的9对客车到发，以减轻了老北站的负荷。1982年1月真如站被国家铁道部核定为一等站。1986年1月，上海市统一规划，在上海新客站建成前，上海北站超负荷的客流由扩建后的真如站分流，使之成为客运辅助站。1989年1月，真如站正式改名为上海西站，原上海西站改名为长宁站。由于上海西站的位置正好位于沪杭铁路外环线(1986年建成)和沪宁线的交点，当时大部分来往沪杭线和沪宁线之间的旅客列车都需要经由上海西站折返(调头)才能南下北上，因此上海西站一直都是上海地区中继上海站后第二繁忙的铁路车站。
2006年7月1日，上海南站正式启用，上海站和上海西站往沪杭线方向的客流量很大部分被分流到南站，而且上海西站日益残破，所以上海西站同时停止办理客运业务，原来所有客运列车分别转至上海南站和上海站到发。但仍保留为铁路职工而的通勤车乘降、货运及行包业务。
2009年1月8日，投资40亿元人民币的铁路上海西站大型交通枢纽工程开始动工。工程完成后，上海西站将成为集合沪宁城际铁路、城市轨道交通和城市公交于一体的现代化大型交通枢纽。据介绍，改造完成后的新上海西站将重新开办客运业务，并与上海站一起承担沪宁线方向部分普速列车、城际列车、高速列车的到发和停靠。2010年7月1日，沪宁高铁正式开通，上海西站重新启用客运业务。
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