1966年，为运输胜利油田原油需要，将1960年修建的张店站（现淄博站）--小营站轻便铁路改扩建后，由博兴延至东营，达到国家Ⅲ级标准铁路，称张东支线，后称淄东铁路。东营站建成启用，时属山东省张北地方铁路局管理。
1973年正式移交中国铁路济南局集团有限公司，由新成立的青岛铁路分局张东线临管处管理。
1976年2月1日转入正式运营。
2005年，全路裁撤铁路分局后，东营站由中国铁路济南局集团有限公司淄博车务段管辖，现为三等站。
2013年8月5日，改造完成后恢复客运。
2015年9月28日，德大铁路（京沪线德州站--益羊线大家洼站）开通营运，东营站客运基本由新建东营南站担当，东营站仅保留一对普客列车过境停靠。
2020年7月1日，随着中国铁路济南局集团有限公司2020年第三季度铁路运行图调整，东营站原有的5001次改为K8295次，新增济南（大明湖）至东营Z9257/8次直达特快列车，届时东营至济南的运行时间，将由3小时缩短至2小时7分钟，缩短时长达53分钟。
