La gare est construite en 1895 par la Compagnie du Paris-Orléans lors du prolongement de la ligne de Sceaux de la gare de Denfert-Rochereau à celle de Luxembourg. Cette gare diffère des autres gares de la ligne par son style architectural : elle est la première à être disposée à cheval sur les voies, grâce à l'installation d'une passerelle métallique. Cette disposition particulière s'explique par le manque de place disponible. Le bâtiment a conservé son aspect originel avec ses quais protégés par des marquises vitrées. Les extrémités des quais ont été transformées pour pouvoir recevoir des trains plus longs.
En 1944, une réserve clandestine de 550 rails entreposée à la gare de Port-Royal, à l'extrémité des quais côté Luxembourg, a permis de rétablir les voies après les bombardements de Massy - Palaiseau[1].
Le , la gare est touchée par un attentat à la bombe, qui fait 4 morts et 170 blessés (voir l'article dédié).
En 2015, la fréquentation annuelle estimée par la RATP est de 3 361 591 voyageurs[2].
En , lors de fouilles préalables à l'aménagement d'une nouvelle sortie de la gare, l'INRAP met à jour une nécropole antique du IIe siècle. Le site était déjà connu des archéologues mais n'avait pas pu être observé depuis les travaux haussmanniens[3].
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Desserte
Vue des voies depuis une courte section à l'air libre.