Stationen blev opført omkring 1863 på jernbanen mellem Hellerup og Klampenborg.
Arkitekten var Vilhelm Carl Heinrich Wolf (1833-1893).
i de første år blev stationen primært brugt af udflugtsrejsende, der besøgte skoven og traktørstederne ved Charlottenlund Slot.
Overfor stationen på Jægersborg Allé lå traktørstedet Gyldenlund.
De mange udflugtsturister kunne godt blive “overrislede”, så derfor havde stationen sin egen detention, hvor berusere kunne køles af.
I 1897 blev jernbanen ført igennem fra Klampenborg til Helsingør, og banen udvidet med et ekstra spor. I den forbindelse blev den oprindelige stationsbygning revet ned, og den nuværende opført.
Den er tegnet af arkitekten Thomas Arboe (1836-1917). der arbejdede for statsbanerne.
På stationspladsen står billedhuggeren Charles Arvedsens skulptur, der forestiller postmester Einar Holbøll, der fra 1909 var postmester i Charlottenlund. Holbøll fik idéen til julemærkerne, som et middel til indsamling af penge til drift af hjem for syge og svagelige børn.