Durante a fase de planeamento da Linha do Norte, os primeiros projectos determinavam que o lanço de Coimbra a Pombal passaria por Formoselha, Alfarelos e Soure. Este traçado foi alterado pela empresa construtora em 1861, tendo o novo projecto incluído a construção de uma estação em Formoselha. Esta gare deveria servir a Formoselha, Granja do Ulmeiro (futura Alfarelos), Santo Varão, Pereira, e a região na margem direita do Rio Mondego, incluindo Montemor-o-Velho e São Lourenço.
Esta interface situa-se no troço entre as Estações de Soure e Taveiro, que entrou ao serviço em 7 de Julho de 1864.
Antes da abertura do Ramal da Figueira da Foz, que ligava a Figueira da Foz às Linhas do Norte e da Beira Alta, a Formoselha era a principal gare ferroviária utilizada pela Figueira da Foz, especialmente para o transporte de mercadorias. Este ramal foi inaugurado em 3 de Agosto de 1882, como parte da Linha da Beira Alta, que nessa altura se compreendia entre Vilar Formoso e a Figueira da Foz.
Em 6 de Outubro de 1956, o Diário de Notícias reportou uma situação anómala na estação de Formoselha, quando um dos semáforos avariou devido a um enxame de abelhas que se tinha introduzido no mecanismo, bloqueando-o na posição fechada, e impedindo a passagem de um comboio Foguete; a bordo da composição, seguia um inspector de via e obras, que verificou o que tinha sucedido, tendo depois o comboio seguido a sua marcha.
A pedido de várias entidades da sede de Freguesia de Formoselha, esta estação mudou de designação em 1962, de Formoselha para Formoselha - Santo Varão.