Заснування станції Попасна пов'язане з прокладанням у XIX ст. Донецької кам'яновугільної залізниці, будівництвом якої тоді опікувалося акціонерне товариство відомого російського промисловця та мецената С. І. Мамонтова. Датою заснування станції є день початку руху по лініях Дебальцеве — Попасна та Попасна — Краматорськ. У той же час на станції Попасна було збудовано паровозне депо, розраховане на 12 паровозів. Трохи згодом, 1880 року, було відкрито рух лінією Попасна — Лисичанськ, а 1895 року цю лінію було подовжено до Куп'янська.

Сам вокзал станції Попасна був збудований у 1893 році. Попри всі реконструкції, архітектурний стиль вокзалу не був видозмінений.

На початку ХХ століття Попасна стала великим залізничним вузлом, через який на північ країни вирушало вугілля та метал із Донбасу – потужного промислово-енергетичного регіону країни.

У 1905 році на станції Попасна знаходився страйковий комітет, існування якого було зафіксовано меморіальною дошкою на будівлі вокзалу. 1917 року в приміщенні вокзалу станції Попасна працював штаб Червоної гвардії. 2 червня 1919 року в запеклому бою під станцією Попасна було підірвано бронепоїзд «Вуглекоп», який тримав оборону Попасної від офіцерської частини Добровольчої армії Білої гвардії. У 1938 році станцію перейменували і присвоїли їй назву імені Л. М. Кагановича, але в 1943 станції повернуто початкову назву.

27.06.1985 р. рішенням виконкому Луганської обласної Ради народних депутатів № 297 залізничному вокзалу ст. Попасна наданий статус пам’ятки архітектури місцевого значення (охоронний № 1220).

На початку 2014 проросійські угрупування захопили державні установи міста, а 11.05.2014 провели незаконний «Референдум про державний суверенітет т. зв. «луганської народної республіки».

Від 22.05.2014 р. до 22.07.2014 р. Попасна перебувала в складі окупаційної адміністрації Російської Федерації на тимчасово окупованій території Луганської області.

За повідомленням голови Попаснянської райдержадміністрації (грудень 2014 – жовтень 2016 р.) Романа Власенка, українські військові під час визволення міста фактично не використовували важкого озброєння.

За Мінськими угодами, Попасна опинилася в прифронтовій смузі, але представники незаконних збройних формувань за підтримки РФ здійснювали регулярні спроби повторного оволодіння містом.

Незважаючи на безпосередню близькість міста до лінії розмежування, українська влада проводила заходи з його відродження.

Українські війська утримували ряд населених пунктів навколо агломерації – місто Попасна та село Троїцьке на заході, селище Новотошківське і міста Гірське та Золоте на півночі. У Попасній та на його околицях українські сили створили потужний укріпрайон.

19.07.2020 Попаснянська міська територіальна громада увійшла до новоствореного Сєвєродонецького району.

У березні 2022 року на ділянці Рубіжне — Сєвєродонецьк — Попасна розпочався наступ російської армії, який ЗС України зустріли відчайдушним опором. Бої за місто, що мало велике стратегічне значення, тривали понад два місяці. Місто перебувало під обстрілами важкої артилерії, авіаційним бомбардуванням. У другій половині квітня 2022 року в ньому почалися запеклі вуличні бої, у результаті яких Попасна була повністю зруйнована.

8 травня 2022 року українським військам довелося відійти з Попасної на підготовлені позиції, місто опинилось під російською окупацією.

Об’єкт культурної спадщини – залізничний вокзал у Попасній повністю знищили збройні сили РФ внаслідок обстрілу міста. На вокзалі зірваний дах, розвалені стіни й вибиті вікна.