1908年縱貫線（指山線）全線通車，當時並無泰安站，西元1910年12月1日設大安溪信號場，
1912年11月1日改設大安溪停車場，1920年改稱大安驛，民國44年3月1日最後改名為泰安站。
1935年4月21日清晨發生大地震，山線鐵路橋樑隧道震毀，鐵道扭曲變形，而車站原木造平房也傾倒毀壞，站房於災後重建，經三年多於1938年7月15始完工。
站房為一西式建築，主體為鋼筋混泥土磚造，外表以洗石子處理，迴廊則有廊柱環繞。車站的特色是站體低於鐵道軌面，旅客需經過防空洞式的地（下）道至月台乘車，讓你有穿越山洞的感覺。而月台上的遮雨棚，是由1905年出廠的鐵軌搭建而成，鐵軌上清楚標示著「總督府鐵道部1905年出廠」的記號，頗為特殊。
87.9.24山線雙軌全線通車，新車站西移並改為高架，舊站於89.12.29被列為台中縣縣級（三級）古蹟，原址原由台中縣政府文化局接管，90年起由泰安站管理委員會負責維護。自89年起，每年舉辦「追火車泰安鐵道文化節」活動，在地方政府與社區民眾精心規劃與經營之下，泰安舊站已成為舊山線觀光旅遊景點。
