Stationen hed oprindeligt Østerbro Station og var fra 1897 endestationen for tog fra Helsingør. Det nuværende navn er fra 1934.
Først med anlægget af Boulevardbanen i 1917 fik tog nordfra forbindelse helt ind til Københavns Hovedbanegård.
Stationsbygningen er tegnet af arkitekten Heinrich Wenck (1851-1936).
Bygningen var egentlig kun tænkt som en midlertidig stationsbygning, fordi det var planen at opføre en noget større Østbanegård på arealet hvor bl.a. Nyboder Skole ligger i dag.
Denne idé blev dog opgivet, da jernbanen blev ført videre til Hovedbanegården.
Østerport Stations bygning er ombygget flere gange, men er i det store og hele ført tilbage til sit oprindelige udseende. Den blev fredet i 1992.
