1958年，宝成铁路建成通车，广汉站同期建成启用，时属成都铁路局成都铁路分局管辖。

1959年，自广汉站向西北方向什邡县开始修筑窄轨铁路支线。

1961年1月，窄轨支线修通至木瓜坪站，于1965年12月改为标准轨距，1977年铺通至岳家山站，定名广岳铁路。

1975年7月1日，宝成铁路全线完成电气化改造，成为中国第一条电气化铁路。

2005年，全路裁撤铁路分局实行站段直管，广汉站属成都铁路局绵阳车务段管辖，现为三等站。

广汉站和广岳铁路在2008年汶川大地震中受损，修复后为灾区重建发挥了重要作用。

2014年12月10日起，随着成绵乐客运专线即将开通，广汉站不再办理客运业务。