1959年，柳州铁路局设计施工，将站场改造为一级二场，设到发线7股，编组线1股，共完成土石方1.17万立方米，铺设轨道2776米，耗资14.33万元。

1969年，桂林北站房扩建至884平方米。

1971年3月，该站扩建，1977年上半年动工。

1983年，柳州铁路局改建桂林北站售票房及客运行包房。

1985年12月，桂林北站中间站台由310米延长至560米。

1998年12月，新桂林北站投入使用。

2004年7月，原桂林站与桂林北站合并成新桂林火车站。

2013年6月，桂林北站进入封闭施工状态。

2014年12月，桂林北站经过翻修后的桂林北站重新投入使用。贵广高速铁路贵阳至广州段首发高铁D211次准时启动，同时贵广全线正式通车运行。桂林北站成为贵广线、衡柳线上一座大型的铁路枢纽。

2017年3月，桂林北站西站房桂林北综合客运枢纽纳入交通运输部“十三五”综合客运枢纽规划。3月24日，桂林动车所正式启用。

2021年，启用“铁路e卡通”。

截至2014年12月，桂林北站在桂林北站广场上，规划公交车站和出租车、公交车停靠场地，广场上的400个停车位可容纳市民和旅客的上下接送。

截至2014年12月，桂林北站改造提升后总建筑面积达到5000平方米，建有4个普通候车室和1个贵宾候车室。桂林北站南北2座跨线天桥，跨桥长186.8米，净宽度均为12米；旅客出站地道1座；1座行包地道，净宽度6米，天桥、地道共设有自动扶梯28部、无障碍电梯8部。

截至2014年12月，桂林北站售票大厅位于车站北侧，一楼和二楼各设有两个候车室，楼梯、电梯将4个候车室连在一起；从候车室进入站台。南北各两条旅客通廊将不同需求的旅客进行分流，北面的旅客连廊通往公交车站台及公交车专用停车场、社会停车场，南面的旅客通廊通往大巴停车场。

截至2014年12月，桂林北站设有三个停车场；站场拥有9个高站台和18条接发股道，划分为湘桂场和贵广场2个到发场，其中湘桂场4台9线，主要办理衡柳线普速列车到发业务；贵广场5台9线，主要办理贵广线引入桂林北站的高速列车到发业务，以及经衡柳线转贵广线的直通高速列车到发业务；途经的线路为贵广高速铁路、衡柳铁路。

截至2014年12月，桂林北站售票大厅设有12个人工售票窗口和9台自动售票机、6台自动取票机。

2015年1月26日，桂林北站共发送高铁旅客30.14万人次。

2018年2月9日，桂林北站启用自助验票通道，持二代身份证和蓝色车票的旅客可以“刷脸”进站。

截至2024年8月，途经桂林北站的公交线路共6条。

截至2018年10月，桂林北站的出租汽车场设置在北广场。

截至2018年10月，桂林北综合客运枢纽一期工程项目估算总投资68.3478亿元，总建筑面积43.16万平方米，建设年限至2020年，主要建设内容为铁路站房及高架候车室、轨道交通基地、汽车客运站场、公交枢纽站场、旅游集散中心、地下室工程、西广场路网工程、安置回迁工程、商业综合体工程，配套建设消防、给排水、电气、绿化等附属设施。

桂林北综合客运枢纽一期工程被列为中国交通部“十三五”综合客运枢纽规划。项目一期用地约367亩，计划投资3亿元，将完成设计、项目可研、规划选址、用地预审、环评、水保、节能、占用林地等前期工作，开展项目征地拆迁工作，开工建设安置房、综合体等设施。阳朔汽车客运站将按一级汽车客运站标准建设，2026年设计能力为平均日发送旅客10100人次。项目估算总投资约1.08亿元，总建筑面积约26536平方米，主要建设内容包括客运站房、停车场、发车位、办公用房，汽车检验台等生产用房，以及智能系统及消防、环保、节能等其他配套设施。

桂林北站西区场站及相关路网的建设，将实现“民航—高铁—高速”互联互通和快速转换，并与大巴、公交、出租车形成综合交通枢纽，进一步完善区域交通布局，繁荣发展城北经济。（桂林生活网-《桂林日报》评论）