A 9 de fevereiro de 1851 foi inaugurada a segunda linha de comboio de Espanha (que unia Madrid a Aranjuez) e com esta surgia a primeira estação de comboios da nossa cidade, a de Atocha, na altura um simples cais de madeira.

A estação foi posteriormente ampliada em 1865 e em 1892. Desse último ano pertence o seu elemento mais característico: a cobertura da nave principal que, desenhada pelo engenheiro Saint-James, apresenta medidas de 152 metros de largura, 48 de vão e 27 de altura, e é um dos traços mais distintivos da cidade.

Após a reforma realizada por Rafael Moneo entre 1984 e 1992, atualmente a Estação de Atocha é um complexo formado por duas estações: a antiga e a nova. A nova está destinada ao tráfico ferroviário – terminal do AVE, linhas de longo curso e suburbanas – a antiga é utilizada para os escritórios da RENFE e para um complexo comercial e de lazer, onde foi instalado um jardim tropical com mais de 7.000 plantas de 400 espécies.

De Atocha partem dois comboios turísticos muito interessantes: o Tren de la Fresa, que vai para Aranjuez e recria o primeiro comboio saído de Atocha – composto por uma locomotiva a vapor histórica de meados do século XX, dois vagões da década de 1960 e quatro carruagens construídas entre 1914 e 1930 – e o Tren de Cervantes, que permite descobrir Alcalá de Henares, localidade natal do autor de D. Quixote.