สถานีรถไฟศิลาอาสน์ เริ่มก่อสร้างเมื่อปี พ.ศ. 2495 และเปิดให้บริการเมื่อ วันที่ 1 พฤศจิกายน พ.ศ. 2501 เวลา 7.00 น. ตั้งขึ้นเพื่อจุดประสงค์ในการตัดขบวนรถไฟขึ้นภาคเหนือ สร้างขึ้นหลังจากที่สถานีรถไฟอุตรดิตถ์ประสบปัญหาการตัดขบวนรถไฟจึงย้ายที่ทำการตัดขบวนรถมาไว้ที่สถานีรถไฟศิลาอาสน์ และการรถไฟแห่งประเทศไทยต้องการจะปิดสถานีรถไฟอุตรดิตถ์เก่า เพราะ ย่านสถานีอุตรดิตถ์เก่า นั้น คับแคบ ไม่มีทางขยายออกไปได้ เพราะ เนื้อที่จำกัดและ ทางราชการมีนโยบายขยายตัวเมืองอุตรดิตถ์ออกไป ทางเหนือ และต้องการมอบพื้นที่ให้กับฝ่ายช่างกล การรถไฟฯ เพื่อตั้งเป็นศูนย์ซ่อมบำรุงรถจักร และรถพ่วงภาคเหนือ ในดังนั้น เพื่อสนองนโยบายดังกล่าว และเพื่อให้ สถานีอุตรดิตถ์ใหม่ เป็นศูนย์กลางในการเดินรถภาคเหนือ โดยขยายหลีกรถโดยสาร หลีกสับเปลี่ยน และหลีกรถสินค้า และ สร้างอาคารที่ทำการและบ้านพัก หลังจาก คณะกรรมการสำรวจพื้นที่ ได้มีมติให้ซื้อที่เอกชนเหนือสถานีอุตรดิตถ์แห่งเดิม 2 กิโลเมตร โดยเปลี่ยนแนวทาง และ วางแนวโค้งใหม่ ให้บรรจบกับทางเข้าสถานีท่าเสา และ วางผังย่านสถานีอุตรดิตถ์ใหม่ โดยเริ่มตั้งแต่ปี 2495 จนสามารถเปิด การเดินรถ (โดยไม่รับผู้โดยสารและสินค้า) เมื่อ 26 มีนาคม พ.ศ. 2499 โดยใช้ชื่อสถานีแห่งนี้ใหม่ว่า สถานีอุตรดิตถ์ใหม่ เป็นย่านสถานีรถไฟที่รองรับการบริการด้านโดยสาร และแปรรูปขบวนรถสินค้า ซึ่งบริเวณตั้งแต่สถานีขึ้นไปเป็นทางตอนภูเขา

ในปี พ.ศ. 2499 ได้รับงบประมาณก่อสร้างสถานีอุตรดิตถ์ใหม่ ตามแบบหมายเลข 5150-2 ผลการประมูล นายชิง บุญไทย เป็นผู้ประกวดได้ในราคา 544,500 บาท โดยเริ่มก่อสร้างตั้งแต่ 19 มกราคม 2500 เป็นเวลา 221 วัน แต่ เมื่อถึงกำหนด อายุสัญญาเมื่อ 26 สิงหาคม 2500 งานไม่แล้วเสร็จ รฟท. จึงต่อเวลาให้อีก 90 วัน ถึงวันที่ 24 พฤศจิกายน 2500 ผู้รับเหมาทิ้งงาน ทั้งๆที่งานเสร็จไปแล้ว 80% ทำให้ต้องประกวดราคา ก่อสร้างต่อเติมส่วนที่ผู้รับเหมายังทำไม่เสร็จ ปรากฏว่า นาย นาค สอนคม ในนามบริษัทไทยเสรีพานิชจำกัด เป็นผู้ประกวดได้ ในราคา 280,000 บาท มีกำหนด 120 วัน เริ่มตั้งแต่ 18 กุมภาพันธ์ 2502 ถึงวันที่ 17 มิถุนายน 2502 ณ บัดนี้ การก่อสร้างอาคารสถานีอุตรดิตถ์ใหม่ได้สำเร็จลงเป็นอาคารคอนกรีตชั้นเดียว ตามแบบ 5150-2 ขนาด 14.00 x 40.00 เมตร และ สรุปค่าก่อสร้างดังนี้ 1. ค่ารับเหมา 2 ครั้ง รวม 715,600 บาท 2. ค่าวัสดุของรฟท. ที่จ่ายให้ผู้รับเหมา เช่นปูนซีเมนต์ หิน ดินกากหิน 166,759.39 บาท 3. ค่าติดตั้งไฟฟ้าโดยฝ่ายการช่างกล 42,000 บาท สิ้นค่าก่อสร้างรวม 924,359.39 บาท ผู้ว่าราชการจังหวัดอุตรดิตถ์ เป็นประธานประกอบพิธีเปิดป้ายชื่อสถานีอุตรดิตถ์ใหม่ เพื่อเป็นสิริมงคล

แต่การจะยุบสถานีรถไฟอุตรดิตถ์ ได้รับการคัดค้านจากพ่อค้า และประชาชนชาวอุตรดิตถ์ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้บริการทางรถไฟเป็นหลัก ได้จัดตั้งตัวแทนยื่นหนังสือคัดค้านผ่านส.ส.จังหวัดอุตรดิตถ์ในสมัยนั้น โดยให้เหตุผลว่า สถานีอุตรดิตถ์ตั้งอยู่ใจกลางเมืองอุตรดิตถ์ เมื่อเลื่อนสถานีบริการให้ออกไปอีก ต้นทุนการผลิต และค่าขนส่งก็ต้องสูงตามไปด้วย การรถไฟแห่งประเทศไทยจึงยอมเปิดให้บริการสถานีรถไฟอุตรดิตถ์มาจนถึงทุกวันนี้

ในปีพ.ศ. 2503 จึงเปลี่ยนชื่อสถานีอุตรดิตถ์ใหม่เป็นสถานีศิลาอาสน์ ตามคำสั่งทั่วไปที่ 68/2963 การรถไฟแห่งประเทศไทยเรื่อง ตั้งชื่อสถานีที่สร้างขึ้นใหม่ในทางสายเหนือว่า "ศิลาอาสน์" ด้วยการรถไฟฯ ได้จัดสร้างสถานีขึ้นที่ ก.ม.488 ระหว่างสถานีอุตรดิตถ์ กับสถานีท่าเสาในทางสายเหนือที่ย่านสถานีอุตรดิตถ์ใหม่ แต่สถานีดั่งกล่าวยังไม่มีชื่อ จึงให้ตั้งชื่อสถานีที่สร้างขึ้นใหม่ตามที่กระทรวงมหาดไทยและกรมศิลปากรเห็นชอบ โดยให้เจ้าหน้าที่เกี่ยวข้องปฏิบัติดั่งต่อไปนี้

1. ให้ใช้ชื่อสถานีใหม่นี้ว่า "สถานีศิลาอาสน์" ใช้อักษรย่อว่า ศล. ชื่อภาษาอังกฤษว่า "Sila At"
2. ฝ่ายการช่างโยธา จัดทำป้ายสถานีตามที่กำหนดไว้ในข้อ 1
3. ให้ยกเลิกอักษรย่อ ศล. ซึ่งใช้กับสถานีหนองศาลา ในทางสายใต้ และให้ใช้อักษรย่อสำหรับสถานีหนองศาลาว่า งา.
4. ฝ่ายการเดินรถ จัดการเพิ่มเติมชื่อสถานีแห่งใหม่นี้ลงในสมุดกำหนดเดินรถ, สมุดอัตราสินค้า, สมุดกฎข้อบังคับใด ๆ ที่เกี่ยวกับการเดินรถตามคำสั่งนี้

ทั้งนี้ ตั้งแต่บัดนี้เป็นต้นไป

สั่ง ณ วันที่ 26 เมษายน 2503

ในปีพ.ศ. 2549 การรถไฟแห่งประเทศไทยร่วมผลักดันการพัฒนาสถานีรถไฟศิลาอาสน์เพื่อเป็นศูนย์ Container Yard ร่วมกับจังหวัดอุตรดิตถ์ทั้งภาครัฐและเอกชน เพื่อรองรับการขยายตัวทางเศรษฐกิจ การค้าชายแดนกับประเทศลาว ตามนโยบายรัฐบาลประเด็นยุทธศาสตร์ที่ 3 การปรับโครงสร้างเศรษฐกิจให้สมดุล และแข่งขันได้โดยการพัฒนาระบบโลจิสติกส์ โดยมีพิธีเปิดในวันศุกร์ที่ 13 มกราคม 2549 ณ บริเวณย่านสถานีรถไฟศิลาอาสน์ จังหวัดอุตรดิตถ์

ในปีพ.ศ. 2556 ได้เกิดเหตุรถไฟตกรางบ่อยในช่วงที่ผ่านมา จึงมีการปรับปรุงทางรถไฟสายเหนือทั้งหมด มีการปิดทำการหยุดเดินรถไฟตั้งแต่สถานีรถไฟศิลาอาสน์จนถึงเชียงใหม่ จึงมีประกาศเดินรถไฟสายเหนือปลายทางถึงเพียงสถานีศิลาอาสน์ จ.อุตรดิตถ์ จากนั้นได้ประสานกับบริษัท ขนส่ง จำกัด จัดรถยนต์ รับ-ส่ง ผู้โดยสารจากสถานีศิลาอาสน์เดินทางต่อไปจนถึงปลายทางเชียงใหม่โดย รฟท. ได้ประกาศเปลี่ยนแปลงการเดินรถในเส้นทางสายเหนือ จากกรุงเทพฯ จะไปสิ้นสุดที่สถานีรถไฟศิลาอาสน์แทน สถานีรถไฟเชียงใหม่ ตั้งแต่วันที่ 16 กันยายน - 30 พฤศจิกายน 2556 โดยมีรายละเอียด ดังนี้

ขบวนรถด่วนพิเศษดีเซลราง ที่ 9 (กรุงเทพ-ศิลาอาสน์) 08.30 น. - 14.52 น. ,ขบวนรถเร็ว ที่ 109 (กรุงเทพ – ศิลาอาสน์) 12.45 - 21.27 น. ,ขบวนรถเร็ว ที่ 105 (กรุงเทพ – ศิลาอาสน์) 19.50 - 04.00 น. ,ขบวนรถเร็ว ที่ 107 (กรุงเทพ – ศิลาอาสน์) 20.10 - 05.07 น. ,ขบวนรถด่วน ที่ 51 (กรุงเทพ – ศิลาอาสน์) 22.00 - 06.41 น. ,ขบวนรถด่วนพิเศษ ที่ 1 กรุงเทพ – เชียงใหม่ งดเดินตั้งแต่วันที่ 16 ก.ย. - 30 พ.ย. 56 และขบวนรถด่วนพิเศษที่ 13 กรุงเทพ – เชียงใหม่ งดเดินตั้งแต่วันที่ 16 กย. - 30 พ.ย. 56

ต่อมา สถานีรถไฟศิลาอาสน์ได้มีการทาสีอาคารใหม่บางส่วนบริเวณทางเข้าสถานีเป็นสีไข่ไก่และสีน้ำตาลเข้ม มีการปรับภูมิทัศน์ ตามโครงการ SMART Station ของการรถไฟฯ ในระยะที่ 2

ในปัจจุบันสถานีรถไฟศิลาอาสน์เป็นย่านสับเปลี่ยนรถไฟ ย่านสินค้า จุดตัดตู้โบกี้รถไฟขึ้นสู่ภาคเหนือ ศูนย์รวบรวมตู้สินค้า(Container Yard) จุดสิ้นสุดสถานีรถไฟทางราบ สถานีเริ่มต้นการส่งห่วงตราทางสะดวก เป็นสถานีเดียวของอุตรดิตถ์ที่ขบวนรถทุกขบวนจอดที่สถานี จุดรับส่งสินค้าทางรถไฟของอำเภอเมือง จังหวัดอุตรดิตถ์ และเป็นสถานีกลางทางที่ขบวนรถไฟทุกขบวนจะใช้เวลาจอดมากกว่าปกติ