1991年5月，由铁道部和安徽省共同投资建设的合九铁路正式开工。1995年，桐城站建成。1996年1月，合九全线竣工交付验收，开办了跨局客运和全路货物直通运输业务，由上海局控股的合九铁路有限责任公司负责经营管理，桐城站属之。2005年3月，全路裁撤铁路分局建制实行站段直管，桐城站属上海铁路局合肥车务段管辖，现为三等站。2020年6月20日起，桐城站实施电子客票。