巴黎里昂車站于1849年8月12日建成,当时只是叫做“里昂月台”(L'embarcadère de Lyon),并且只有一座木制站屋。1855年,第二代站屋落成,这时才定名为巴黎里昂車站,并且作为巴黎-里昂-地中海铁路公司铁路网的起点。当时,为了防止附近塞纳河洪水泛滥的威胁,车站的地基比周边高处6~8米。当时车站长220米,宽42米,只有5条路轨,路轨上方是一个大门廊。1871年巴黎公社时期,车站局部被火焚毁,后来依照原样进行了修复。
此后,直到1970年代,巴黎里昂車站一直都没有什么大变化。1970年代中叶修建RER时,车站门面朝向贝西路(rue de Bercy)和贝西大厅被拆毁,并且深挖了两层地下月台,供RER A线和东南路网远郊车(后来整合入D线)使用。1981年,2号站厅投入使用,主要用于接发TGV,并且安装了必要的设备。1984年12月28日,巴黎里昂車站成为法国历史文物之一。1988年6月27日,地下远郊车月台发生一起惨重的列车相撞事故,造成56人死亡,57人受伤。1998年,最新的地铁14号线开通,方便乘客来往于巴黎两個鐵路车站——里昂火车站和圣拉扎尔车站(Gare de Paris-Saint-Lazare)之间。2011年,随着法国高速铁路莱茵河-罗讷河线开通,巴黎里昂車站新开通了前往米卢斯方向的高铁列车,而原有了前往克莱蒙费朗方向的城际列车服务则转移至相邻的巴黎贝西站。
20 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 圣拉扎尔车站(Gare Saint-Lazare) 24奥斯特里茨车站(Gare d'Austerlitz) ↔ 迈松阿尔福兽医学校站(École vétérinaire de Maisons-Alfort) 63 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 猎舍门(法语:Porte de la Muette)(Porte de la Muette) 65 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 小教堂门(Porte de la Chapelle) 87战神广场(Champ de Mars) ↔ 勒伊门(Porte de Reuilly)
Gare de Lyon - Diderot 里昂火车站-狄德罗
巴黎里昂車站西北侧 (狄德罗路)
20 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 圣拉扎尔车站(Gare Saint-Lazare) 24奥斯特里茨车站(Gare d'Austerlitz) ↔ 迈松阿尔福兽医学校站(École vétérinaire de Maisons-Alfort) 29 蒙唐普瓦夫尔门(Porte de Montempoivre) → 圣拉扎尔车站(Gare Saint-Lazare)[註 2] 57快铁拉普拉斯站(Laplace RER) ↔ 巴尼奥莱门(Porte de Bagnolet) 61奥斯特里茨车站(Gare d'Austerlitz) ↔ 庞坦教堂(Église de Pantin) 63 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 猎舍门(法语:Porte de la Muette)(Porte de la Muette) 65 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 小教堂门(Porte de la Chapelle) 87战神广场(Champ de Mars) ↔ 勒伊门(Porte de Reuilly) 91蒙帕纳斯高铁站(Montparnasse TGV) ↔ 巴士底(Bastille) 里昂火车站(Gare de Lyon)(巴黎内环线)(Circulaire intérieur) 里昂火车站(Gare de Lyon)(巴黎外环线)(Circulaire Extérieur) 讷伊桥(Pont de Neuilly) ↔ 万森城堡(Château de Vincennes) 勒瓦卢瓦桥(Pont de Levallois) ↔ 蒙特勒伊市政府(Mairie de Montreuil) 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 快铁布瓦西圣莱热站(Boissy-St-Léger RER) 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 快铁马恩河畔维列站(Villier-sur-Marne RER) 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 快铁托尔西站(Torcy RER) 里昂火车站(Gare de Lyon) ↔ 快铁诺让-勒佩勒站(Nogent le Perreux RER)
Gare de Lyon - Van Gogh 里昂火车站-梵高
巴黎里昂車站西侧 (路易·阿尔德广场)
20圣拉扎尔车站(Gare Saint-Lazare) → 里昂火车站(Gare de Lyon)[註 2] 87战神广场(Champ de Mars) → 勒伊门(Porte de Reuilly)[註 2] 里昂火车站({{lang|fr|Gare de Lyon}) ↔ 快铁瑞维西站(Juvisy RER)