La stazione Leopolda nacque nel 1844 come stazione della prima linea ferroviaria della Toscana Granducale che collegava le città di Firenze, Pisa e Livorno passando per Empoli e Pontedera. Il progetto  fu appoggiato dal Granduca Leopoldo , monarca di idee liberali, fautore di opere pubbliche e affascinato dalle innovazioni, che vide di buon occhio il futuro collegamento tra Firenze e il porto di Livorno.

La costruzione della linea ferroviaria iniziò a Livorno e il primo tratto completato fu il Livorno - Pisa, dodichè furono costrutite le varie tratte fino a raggiungere Firenze. La nuova linea ferroviaria fu un successo sia per il trasporto dei passeggeri che per il trasporto delle merci , tanto che fu costruito anche il raddoppio della linea che porto all'apertura della Stazione Marittima di Livorno.