Stasiun yang terletak di Kota Yogyakarta, Daerah Istimewa Yogyakarta, ini merupakan salah satu stasiun yang juga ditetapkan sebagai bangunan stasiun cagar budaya. Stasiun Lempuyangan didirikan pada tanggal 2 Maret 1872 oleh perusahaan kereta api swasta Hindia-Belanda, Nederlands-Indische Spoorweg Maatschappij (NIS/NISM) sebagai titik akhir KA rute Semarang-Solo-Yogyakarta.
Pembangunan Stasiun Lempuyangan dilatarbelakangi oleh kebijakan pengankutan hasil kebun, khususnya gula tebu, dengan menggunakan moda trasportasi kereta api. Sebab, pada dekade 1870-an telah banyak industri gula bermunculan di Yogyakarta dan sekitarnya yang semuanya dikelola oleh Belanda. Kehadiran Stasiun Lempuyangan turut membangun masyarakat Yogyakarta pasa masa itu.
Stasiun yang menjadi stasiun kereta api pertama dan tertua di Yogyakarta ini sudah sejak lama melayani pemberhentian rangkaian kereta api ekonomi yang diberangkatkan dari Kota Yogyakarta. Kebijakan ini tentu berbeda dengan stasiun kereta api lainnya di Pulau Jawa yang umumnya baru melayani pemberhentian rangkaian ekonomi setelah pemisahan stasiun KA ekonomi dan non-ekonomi.
Bahkan, ketika semua kereta api kelas ekonomi lain masih diberangkatkan dari Stasiun Yogyakarta, KA Empu Jaya (sekarang KA Progo) jurusan Jakarta PSE, KA Argopuro (sekarang KA Sri Tanjung) jurusan Banyuwangi Baru, dan KA Gajah Wong Jurusan Jakarta PSE sudah diberangkatkan dari Stasiun Lempuyangan. Kini, Stasiun Lempuyangan memiliki sebelas jalur kereta api dengan 4 jalur sepur lurus.