Am 1. Oktober 1886 wurde die Eisenbahnlinie von Limburg nach Hadamar bis Hachenburg verlängert und in Wilsenroth ein Bahnhof eröffnet. Mit der Anbindung mehrerer Basaltsteinbrüche setzte eine wirtschaftlicher Aufschwung in diesem Ort ein. Der Basaltabbau endete jedoch 1989 und führte zu einer Reduzierung der umfangreichen Gleisanlagen. Im Vorbau des Bahnhofsgebäudes befindet sich ein mechanisches Stellwerk von 1973, das zwei Stellwerke von 1912 ersetzte. Damit werden die Weichen, Schranken und Signale gestellt. In der 1980er-Jahren war die Strecke auch von den damals üblichen Sparmaßnahmen auf Nebenstrecken betroffen und wurde Sonntags von Limburg bis Nistertal-Erbach nicht mehr bedient. Erst 1993 wurden auch wieder Züge am Wochenende angeboten und die Schienenbusse und Akkutriebwagen durch neue Triebwagen der Baureihe 628 ersetzt, von der noch ein Triebwagen als Verstärkerzug hier unterwegs ist. 2004 wurde nach europaweiter Ausschreibung der Personenverkehr mit Alstom-LINT-Triebwagen von der Firma VECTUS übernommen, ab 2015 dann von der Hessischen Landesbahn HLB. Seit 2024 kann nun endlich nach Abschluss zahlreicher Baumaßnahmen in einem reinen Stundentakt ohne Umsteigen in Westerburg oder Altenkirchen mit der RB90 von Siegen nach Limburg gefahren werden.