La stazione fu costruita nel 1858 dalla Kaiserin Elisabeth-Bahn ed inaugurata il 19 novembre dello stesso anno. Nel 1860 venne realizzato il collegamento con Meidling. Nel 1898 con l'apertura della linea ferroviaria suburbana cittadina di Vienna, Penzing divenneun nodo ferroviario. A causa della sua vicinanza al palazzo di Schönbrunn, la stazione fino al 1918 venne spesso utilizzata come stazione di partenza del treno speciale di corte per i viaggi dell'imperatore, ma anche per l'arrivo di ospiti stranieri. Quando, il 28 giugno 1914, l'imperatore Francesco Giuseppe ricevette un telegramma con la notizia dell'assassinio dell'erede al trono Francesco Ferdinando a Sarajevo, tornò dal suo soggiorno estivo a Ischl e fu accolto dall'arciduca Carlo alla stazione ferroviaria di Penzing.