İlçe sınırları içerisinde kalan demiryolu hattı Cumhuriyet öncesi dönemde 1868-1869 yıllarında Avusturyalı Baron Hirsch tarafından Rumeli Şark Demiryolu Kumpanyası adı altında inşasına başlanarak 1871 yılında Yenikapı - Florya arası sefere açıldı. Ancak zamanın ekonomi merkezi olan Eminönü'ne Yenikapı'nın uzaklığı nedeni ile demiryolu hattı Topkapı sarayının sahil tarafı bahçesinden geçirilerek 1872 yılında Yenikapı - Sirkeci (İstanbul) hattı sefere açıldı. Aynı yıl Florya - Hadımköy hattı yapılarak demiryolu hattı Hadımköy'e kadar uzatıldı. Bunu sırası ile 1873 yılında Hadımköy - Çatalca ve Çatalca - Uzunköprü - Hudut (Pityon) ile Karaağaç (Edirne) - Hudut hatları takip etmiştir. 1912 yılında da Mandıra - Kırklareli Hattı işletmeye açılmıştır. 1931 yılında Şark Demiryolu Türk Anonim Şirketine, 1937 yılında da TCDD'ye devredilerek millileştirilmiştir.
Cumhuriyet sonrası bu güzergahta trenlerin İstanbul'dan Edirne'ye gidebilmesi için bir kısım Yunan toprağında ilerlemesi gerekiyordu. Bu hem askeri hem de ekonomik açıdan yararlı olmadığından 1971 yılında Pehlivanköy - Edirne arası yol inşaatına başlanarak 1973 yılında sefere açılarak günümüz halini almıştır.
Pehlivanköy istasyonu 23.06.1873 yılında işletmeye açılmış olup İstanbul'dan baz alınarak İstanbul - Uzunköprü - Yunanistan Hududu demiryolunun 250.kilometresinin 786.70 metresinde bulunmakta olup rakımı 24.82 metredir.
İstasyon 5 yoldan ibaret olup bir adet İstasyon Binası, bitişiğinde ambar binası, bir adet bekleme salonu, bir adet kurum içi haberleşmenin sağlandığı santral binası, bir adet yol bakım ve onarım hizmetlerinin verildiği Kısım Şefliği Binası ve bitişiğinde işçi barakası, oto garajı, malzeme ambarı ile şu an kullanılmayan Sinyalizasyon binası bulunmaktadır. Kurum personelinin faydalanması amacı ile 11 adet lojman bulunmaktadır.
İstasyonda yük vagonlarının dolum ve boşaltımlarının yapılabileceği yan ve baş rampa olmak üzere iki adet rampa mevcuttur ancak talep olmaması nedeni ile yurt içi tam vagon ve parça taşıması yapılmamaktadır. Talep halinde Uluslararası yük ve yolcu taşıması yapılmaktadır.
İstasyon demiryolu açısından kavşak istasyonu olması sebebi ile önem arz etmekte olup halen her gün saat 08.25 ve 17.02 saatlerinde İstanbul Yönüne, saat 13.04 (Yunanistan irtibatlı) ve 20.35 de Uzunköprü'ye, saat 13.00 ve 20.25 de Edirne - Kapıkule'ye çalışan yolcu trenleri mevcuttur.
İstasyonun çalışma saatleri her gün 08.00-10.00 ve 12.00-18.00 saatleri arasıdır.
İstasyonda TCDD Tesisler Servisine bağlı 1 İstasyon Şefi, 1 Tesisler Şef Yardımcısı, 3 Tesisler İşçisi, 1Kısım Şefi, 1 Yol Çavuşu, 1 Yol Bekçisi, 11 adet Yol İşçisi olmak üzere toplam 19 personel mevcuttur.