La storia della stazione di Cefalù è legata al travagliato avanzare dei lavori della linea Palermo - Messina. Infatti, se il primo tratto della linea, costruito dalla Società Vittorio Emanuele, fu aperto il 28 aprile 1863 unendo Palermo a Bagheria e l'anno dopo a Trabia, per giungere infine nel 1866 a Termini Imerese, ci vollero ben altri tre anni per costruire i 7 km affinché la linea arrivasse a Fiumetorto.
A questo punto però le difficoltà orografiche del percorso costiero per Messina e soprattutto la crisi finanziaria della compagnia Vittorio Emanuele fecero fermare i lavori di proseguimento. Solo vent'anni dopo l'apertura della tratta fino a Fiumetorto, i lavori di costruzione della linea tirrenica sicula ripresero a cura della nuova concessionaria, la Società per le strade ferrate della Sicilia, che avviò i lavori del primo tratto di linea costiera per Messina attivando, il 20 aprile 1887 i 23,72 km di linea fino a Cefalù che inaugurò la sua stazione ferroviaria 26 anni dopo l'unità d'Italia.
Sette anni dopo la sua apertura la stazione smise di essere un capolinea oltre cui proseguire con altri mezzi per Messina, infatti, il 25 marzo 1894, venne aperto il tronco Cefalù – Castelbuono e la linea poté proseguire con una galleria oltre la rocca di Cefalù verso Messina. Bisognerà però aspettare l'apertura dei tratti Castelbuono – Tusa (20 novembre 1894) e Tusa – Capo d'Orlando (16 giugno 1895) perché i treni possano dalla stazione di Cefalù raggiungere direttamente Messina.
La stazione di Cefalù fa parte del progetto RFI Pegasus per la riqualificazone di 101 stazioni importanti nel sud Italia. Dopo anni di ipotesi, fra cui quella prevista da RFI di una nuova fermata a Cefalù Ogliastrillo, si è deciso di procedere al raddoppio Fiumetorto - Cefalù - Castelbuono, dividendolo in due lotti: lotto 1 Fiumetorto - Cefalù Ogliastrillo e lotto 2 Cefalù Ogliastrillo - Castelbuono. Questo secondo lotto prevede la costruzione in galleria della nuova fermata di Cefalù.
La tratta Cefalù Ogliastrillo - Castelbuono è attualmente in fase di raddoppio. Il 15 settembre 2008 sono partiti i lavori di raddoppio della tratta Fiumetorto - Cefalù Ogliastrillo (lotto 1) che includono un riassetto ferroviario anche per Cefalù. I lavori avrebbero dovuto terminare entro la fine del 2011 ma nel giugno 2011 è stato siglato un ulteriore Atto Integrativo che ha protratto il termine contrattuale per il completamento delle opere al primo settembre 2013. I lavori sul lotto uno si sono conclusi il 17 dicembre 2017 con l'attivazione del doppio binario fino a Ogliastrillo. I lavori della tratta Cefalù Ogliastrillo-Castelbuono (lotto 2), appaltati alla Toto costruzioni, procedono a rilento.
(Fonte Wiki)