1919年，本站南方的越谷站（现在的越谷站）开业，本站以所在町名（南埼玉郡大泽町）改名为武州大泽站。接着1954年越谷町、大泽町等合併为越谷町后，1956年更名为北越谷站。开业时的站房设有贵宾室，供皇族来到埼玉鸭场时使用。之后1962年开始与帝都高速度交通营团（现东京地下铁）日比谷线直通运转，本站改建成东武铁道首座跨站式站房，并开设西口。1999年改建为高架车站，2001年本站至越谷站完成复复线化。
车站结构.本站是岛式月台2面4线高架车站。车站北侧有转向线，供日比谷线直通列