Con el proceso de conexión de las vías ferroviarias del norte de Chile a través del Longitudinal Norte, una extensión ferroviaria entre la estación Illapel y Estación San Marcos construida desde norte a sur que inició sus obras en 1910 y fue entregada e inaugurada en 1913.[2] Sin embargo esta estación no fue parte del tramo original del servicio[3] y no apareció en documentos oficiales sino hasta la década de 1940.[1] La estación originalmente tenía el nombre de «Valle Hermoso», sin embargo fue cambiado a «Llahuín» mediante decreto del 30 de enero de 1942.[4]
Entre la estación Matancilla y la estación Pama se tuvo que colocar una cremallera junto con la vía para que las máquinas pudieran transitar a través de las grandes pendientes del terreno.[5]
En 1956, en las proximidades de la estación, ocurre un choque entre dos locomotoras.[6] Para 1967 la estación aún operaba,[7] y fue suprimida mediante decreto del 22 de septiembre de 1969.[8]
La estación comparte el mismo diseño arquitectónico que las otras viviendas presentes en la zona, con un diseño de altillo en segundo nivel, encontrándose en buen estado y siendo cuidada por Olegario Álvarez desde los años 1980.[9] La estación además contaba con un triángulo de inversión para las máquinas.[10][11]
