设站可方便当时的慈禧太后自颐和园水路而来上岸后可连接京张、京奉等铁路线。车站最初站址定于高梁桥以西的地块，但此方案因选址离倚虹堂码头过近、侵犯风水为由被清廷否决。随后詹天佑将站址东移至高梁桥以东、和西直门护城河之间的地块。由于该地块南北为高梁河和西直门外大街、东西为高梁桥斜街和护城河，地块狭窄，测绘团队最终决定将地块以北的高梁河填平以兴建站场，同时将原河道向北改道。改道后的高梁河呈“几”字形半包围站场，因此被称为“转河”或“钻河”。西直门车站于1905年12月开工，1906年8月竣工。当时车