1994年初，由苍溪县发起，联合阆中市、南部县，共同向兰渝铁路沿线9地（市州）25县（市区）发出《关于促成兰渝铁路尽早立项上马的倡议书》；同年5月10日，兰渝铁路沿线30多县市的书记、县市长齐聚苍溪县，成立了兰渝铁路协作会；同年10月，《关于申请新建兰州至重庆铁路立项的报告》上报给四川省人民政府和甘肃省人民政府及原中华人民共和国国家计划委员会和原中华人民共和国铁道部。按照兰渝铁路最初的设计方案，苍溪站仅为五等站，只用于列车会让，不能上下旅客、货物。2008年上半年开始，广元市、苍溪县共同争取将拟设苍溪站升级，经过半年时间的争取，拟设苍溪站最终升级为三等站；同年9月26日，途经拟设苍溪站的兰渝铁路全线开工建设。2012年，苍溪站建设全面开工。2015年8月，苍溪站候车室、检票厅和站台主体工程全部完工；同年12月26日，途经苍溪站的兰渝铁路广元至重庆段建成开通；同年12月30日，伴随兰渝铁路广元至重庆段旅客列车正式开通运行，苍溪站正式开通投入运营。2016年1月28日，苍溪站首次进行货运列车卸载作业，开始货运业务运行；同年5月15日，苍溪站开始停靠动车组列车。2017年9月29日，途经苍溪站的兰渝铁路全线开通运营；同年12月28日，“苍溪号”城际动车举行首发仪式，苍溪站成为始发站。2019年9月6日，与苍溪站配套的庙垭火车站汽车客运站正式开工。