A Pest-Hatvan vasútvonalon 1867 tavaszán indult meg a közlekedés. Ugyanebben az évben kapta meg a magyar államtól Ferenc József és Erzsébet királyné koronázási ajándékul a gödöllői kastélyt és uradalmat, s ettől kezdve rendszeresen utazott vonattal Gödöllőre a királyi pár és kísérete. Hogy a király Bécsből közvetlenül Gödöllőre mehessen vasúton, Kőbánya állomás közelében két vasúti vonal között egy összeköttetést alakítottak ki, amelyet máig királyvágánynak hívnak. 1867. április 2-án adták át a gödöllői földszintes állomásépületet, amelyet később többször átépítettek. Kezdettől problémát jelentett a királyi fenségek várakozása a vasútállomáson. "A váróteremnek használt szobácska kicsi, fülledt levegőjű és piszkos volt." Ezért 1868-ban fából egy tiroli stílusú, ideiglenes udvari pavilont építettek.

Az 1870-es évektől egyre élénkebb lett a vasúti forgalom, a királyi család gödöllői tartózkodása divatos, felkapott nyaralóhellyé tette a települést. Sok fővárosi polgár nyaralt Gödöllőn, és ők elsősorban vonattal utaztak, sőt az állomás környékén vásároltak vagy béreltek házat, ott alakult ki egy új nyaralónegyed. Gyakori volt, hogy a család tavasztól őszig a gödöllői nyaralóban tartózkodott, miközben a családfenntartó férj vonattal naponta bejárt a fővárosba dolgozni. Tehát szükségessé vált a vasútállomás épületének fejlesztése. 1874-ben kétszintessé alakították az állomásépületet. A hivatali helyiségeken kívül első-, másod- és harmadosztályú várótermet, valamint vendéglőt alakítottak ki táncteremmel. Az állomás épületében lakott az állomásfőnök, két forgalmi tiszt, két pénztárosnő, a vasúti vendéglős és a pályafelvigyázó. Ez az épület már alkalmas volt a köznép utazási igényeinek kiszolgálására.

1882-ben pedig új Királyi Várót építettek neoreneszánsz stílusban. Budapesten a Keleti és a Nyugati pályaudvaron található még Királyi Váró, de azok a vasútállomás épületének részét képezik, Gödöllőn azonban külön épületet emeltek erre a célra. Egyébként a király utazásaihoz - ha nem volt megfelelő állomásépület - alkalmanként udvari sátrat állítottak föl.

A gödöllői Királyi Váró a kastély kezelésében állt. Bár egyszintes épület, de a belső terek nagy belmagassága és a magas tetőfelépítmény miatt a mellette álló egykori kétszintes állomásépülettel azonos magasságú volt. A vasút és a város felé nyíló bejárók adják az épület tengelyét. A város felőli oldalon portikusz található, négy jón oszlopon nyugvó előtető, ahol az udvari kocsi várta a vonattal érkező királyi család tagjait. Az épület padlószintje azonos a peron szintjével, tehát csak a vonatba szállásnál kellett lépcsőt használni. Öntöttvas pilléreken nyugvó perontető fut körbe a sínek felőli oldalon és a két oldalhomlokzaton, ahonnan egy-egy mellékbejárat is nyílik.

A királyi pár megérkezésekor vörös szőnyeget fektettek az épület bejárata és a vasúti szerelvény közé. A vonatról a tágas középső helyiségbe, a Hercegi Váróba érkezünk, amelynek a berendezését - Ripka Ferenc leírása szerint - bordó kárpitú selyem zsöllyék és pamlagok adták. Jobbra Erzsébet királyné várószobája, balra pedig Ferenc József szobája nyílt. A király szobájában egy íróasztalt, velencei tükröt, olívazöld kárpitú ülőgarnitúrát helyeztek el, és ugyanilyen színű préselt selyem tapéta fedte a falat. Ugyanez volt a királyné várószobájának a berendezése is, csak halvány sárga színben. A Pest-Gödöllő közötti 34,4 km távolságot 49 perc alatt tette meg a vonat az 1875-ből fennmaradt udvari menetrend szerint. A két világháború között Horthy Miklós kormányzó használta a Királyi Várót.

A második világháború végén a kivonuló német csapatok felrobbantották a vasútállomás épületét, amely teljesen elpusztult. A Királyi Váró pincéjében tárolt szenet is felgyújtották, melynek következtében kiégett az épület teteje, csak a puszta falak maradtak meg. 1945 után lapos tetőt építettek a Királyi Váróra, és ez lett a jegykiadásra és várakozásra szolgáló állomásépület immár a köznép számára. 1958-ban nyilvánították műemlékké.

2011-ben a Norvég Alap támogatásával Gödöllő Város Önkormányzata felújította a Királyi Várót, múzeumi kiállítóhelyet, kávézót és turisztikai centrumot alakított ki benne.