En mayo de 1981 se abrió el tramo de la línea 6 entre Pacífico y Oporto que incluía la estación de Méndez Álvaro[3] a continuación de la estación de Pacífico —situada bajo la intersección de las calles de Pedro Bosch y Méndez Álvaro—. Esta estación fue el primer elemento construido del que posteriormente se convertiría en un intercambiador, ya que Renfe había decidido que la nueva línea de Cercanías que se iba a construir entre Villaverde Alto y Atocha enlazaría aquí con el metro, en lugar de hacerlo en el lugar previsto inicialmente, la estación de Bolívar (actualmente Arganzuela-Planetario). La estación tenía un vestíbulo con dos bocas de acceso a la calle Méndez Álvaro.
El mural de pintura pétrea de uno de los vestíbulos es obra del artista Eladio García de Santibáñez.
En septiembre de 1989 se abrió al público la nueva variante de la línea C-5 entre Atocha y Villaverde Alto por Méndez Álvaro,[4] donde se construyó una estación subterránea situada de forma perpendicular a la estación de metro existente. Se construyó entonces un nuevo vestíbulo común a ambas estaciones con un acceso a la calle Pedro Bosch.
Entre 1992 y 1996 se reformó el Pasillo Verde Ferroviario, y se construyó una nueva estación con dos andenes en la superficie, situada en un puente sobre la calle Méndez Álvaro, para que acogiera las líneas que a partir de 1996 empezaron a circular por el pasillo verde ya rehabilitado: C-7b y C-10.[5] Esta estación cuenta con un acceso desde la calle Ombú y una conexión subterránea con los andenes de la línea C-5 y el vestíbulo común metro-cercanías. Al mismo tiempo se proyectó y construyó la Estación Sur de Autobuses, que absorbió el tráfico de autobuses de largo recorrido nacionales e internacionales que partía de la antigua estación en Palos de la Frontera y algunos interurbanos. La terminal de autobuses cuenta con tres accesos desde las calles Méndez Álvaro, Ombú y Retama y un acceso desde el vestíbulo subterráneo común a metro y cercanías.
Desde 2008, con la apertura del Túnel de Sol la línea C-7b pasa del color marrón al rojo, tras ser recortada a Chamartín, y en 2018, la línea deja de pasar por esta estación tras ser "desampliada" y fusionada en Príncipe Pío con la línea C-1, la cual prestó servicio a la estación desde el 23 de septiembre de 2011 hasta el 14 de diciembre de 2024.
En 2019 la estación en superficie de Cercanías es reformada. Para llevar al cabo esta obra, se tuvo que suspender el servicio de las líneas C-1 y C-10 entre Atocha y Delicias. Se puso en servicio un servicio especial de autobuses (línea SE771) por parte de la EMT para cubrir parte del tramo cerrado. También se llevaron a cabo la reparación de las escaleras mecánicas que afectaban a la estación de la línea C-5, estando paradas desde 2017.
Durante el fin de semana del 13 al 14 de julio de 2024, se suspendió el servicio en los andenes de la línea C-5 debido a obras en la estación de Puerta de Atocha-Almudena Grandes. Durante este periodo, se puso en servicio un servicio sustitutivo de autobuses que cubría las estaciones cerradas (Puente Alcocer, Orcasitas, Doce de Octubre y Méndez Álvaro). El servicio en el resto de líneas de Cercanías no se vio afectado.[6]
Esta es la única estación de Cercanías Madrid que dispone sus andenes en perpendicular, estando a nivel subterráneo los andenes de la línea C-5 y en el nivel superior los andenes de la línea C-10. Curiosamente, la enumeración de los andenes se reinicia (cada uno de los andenes se enumera como 1 y 2). Sin embargo, no es la única estación que tienen andenes a desnivel: Príncipe Pío y Nuevos Ministerios también los tienen.
Líneas de Cercanías que prestan servicio en la estación