Pendik Tren İstasyonu, aslen 1872 yılında Osmanlı hükûmeti tarafından İstanbul-Haydarpaşa’dan İzmit’e giden bir demiryolunun bir parçası olarak açılmıştır. Demiryolu daha sonra 1888’de Osmanlı Anadolu Demiryolları (CFOA) Şirketi tarafından devralındı ve Ankara ve Konya’ya uzandı. 1909 yılında demiryolu hattında Haydarpaşa Garı’ndan Pendik’e sık tren seferleri yapılmaya başlandı. Anadolu Demiryolları Şirketi, 1927’de millileştirildi ve 1936’da Pendik Tren İstasyonu Türkiye Cumhuriyeti Devlet Demiryolları tarafından yeniden inşa edildi ve genişletildi. 1969’da istasyon elektriklendirildi ve Haydarpaşa – Gebze Banliyö Treni hattı Pendik’e hizmet vermeye başladı. İstasyon ayrıca İstanbul’dan doğuya giden tüm şehirlerarası trenlerin duraklarından biri oldu.
29 Nisan 2012 tarihinde, Ankara – İstanbul YHD ve Marmaray banliyö treni sisteminin inşası için istasyonun doğusundaki tüm tren seferleri durdurulmuştur. Banliyö trenleri, istasyonun batısındaki tüm tren hizmetlerinin askıya alındığı 19 Haziran 2013 tarihine kadar Haydarpaşa’dan Pendik’e kadar çalışmaya devam etti. Pendik İstasyonu 17 aylık kapanışı sırasında platformları yeniden yapıldı, üç yerine dört raya hizmet verecek şekilde genişletildi ve alt geçide yeni bir asma kat yapılarak yeniden inşa edildi. 26 Temmuz 2014’te Pendik İstasyonu yeniden açılarak Ankara ve Konya’ya giden hızlı YHT tren seferlerine hizmet vermeye başladı. Marmaray sisteminin geri kalanında yapılacak çalışmaların şehirlerarası tren hizmetinin yanı sıra banliyö demiryolu hizmetiyle birlikte Pendik İstasyonu 13 Mart 2019 tarihinde tekrar Marmaray banliyö trenlerine hizmet vermeye başlamıştır. Pendik Tren İstasyonu iki adet ada platformu ile bir kenar platforma sahiptir. İstasyondaki birinci ada Platform Marmaray banliyö trenleri için ayrılmıştır. İkinci ada Platform TCDD’nin yüksek hızlı ve bölgesel trenlerine ayrılmıştır.
