Der Bahnhof Petrópolis wurde im Zuge der Linha do Norte, eine Bahnlinie, die Rio de Janeiro über Petrópolis mit Três Rios verband, gebaut. Die Strecke wurde ab Vila Inhomerim 1964 stillgelegt und abgebaut.

Der Bahnhof Petrópolis wurde am 19. Februar 1883 von Kaiser Dom Pedro II. eingeweiht. Am Tag darauf wurde der Betrieb aufgenommen.

Am 5. November 1964 wurde der Betrieb eingestellt.

Später entstand auf dem ehemaligen Bahngelände ein Busbahnhof. Die Bahnsteigüberdachungen werden heute an der Bushaltestelle, genutzt. Etwas vom Busbahnhof entfernt ist noch ein Stellwerk erhalten, das über den Wasserlauf gebaut worden war - vermutlich der Grund, warum es erhalten blieb.