Výpravní budova v železniční stanici Hvězdonice byla vybudována v souvislosti se stavbou železniční tratě Kolín–Sázava–Čerčany s odbočkou do Kácova. Stavba tratě začala v srpnu 1899 a již 15. prosince 1900 byl zahájen provoz v úseku Kolín–Nový Dvůr nad Sázavou (dnešní Rataje nad Sázavou předměstí). Po dokončení ocelového mostu přes Sázavu v Ratajích pak byl do provozu předán i zbylý úsek, tedy trať z Čerčan až do Kácova. Na celém úseku byl pravidelný provoz zahájen 6. srpna 1901.
Hvězdonické nádraží bylo vystavěno na louce v blízkosti stejnojmenné osady. Jednalo se o malé dvojkolejné nádraží s typizovanou výpravní budovou. Budova byla situovaná blíže k samechovskému zhlaví stanice, tedy stejně jako je tomu dnes. Podle dochovaných fotografií stály vedle původní nádražní budovy typizované dřevěné záchody a malé dřevěné skladiště s kamennou rampou. K významné změně na nádraží došlo v 60. letech minulého století, kdy zřejmě v souvislosti s rostoucím počtem vlaků na trati byla stanice rozšířena. To se týkalo hlavně kolejiště stanice, které bylo rozšířeno o další kolej a též výrazně prodlouženo. Rozšíření se však týkalo i nádražní budovy, která dostala nové křídlo, přičemž zřejmě v této době byla zbourána i budova starých dřevěných záchodů. Ta se nacházela mezi nádražní budovou a dřevěným skladištěm s kamennou rampou. Kromě samotného rozšíření byla stanice vybavena moderním staničním reléovým zabezpečovacím zařízením. Nově rekonstruovaná stanice, která v té době patřila k nejmodernější na tehdejší síti Československých státních drah (ČSD), se připravila na důležitou úlohu, která jí čekala. Nádraží se totiž v následujících letech stalo vykládkovou stanicí pro stavební materiál na obnovenou stavbu dálnice D1 z Prahy do Brna.
V současné době je nádraží administrativně přiděleno uzlové stanici Benešov u Prahy. Jedná se o stanici smíšenou podle povahy práce a mezilehlou po provozní stránce. Kromě výpravní budovy se na nádraží nachází ještě dřevěné skladiště s kamennou rampou.