Am 4. August 1854 erhielt die Bonn-Cölner Eisenbahn die Konzession zum Bau einer Strecke nach Rolandseck. Am 21. Januar 1856 wurde der Abschnitt dem allgemeinen Verkehr übergeben. In dieser Zeit wurde auch der Bahnhof in Mehlem eröffnet. Mehlem war zu dieser Zeit eine eigenständige Gemeinde, die 1935 zu Bad Godesberg eingemeindet worden ist. 1949 war der Bahnhof Dauerstandort der Reise- und Repräsentationszüge der amerikanischen Hochkommissare. Der Triebwagen hatte extra ein reserviertes Gleis. Seit 1971 trägt der Bahnhof durch die Eingemeindung von Bad Godesberg nach Bonn die Bezeichnung Bonn- Mehlem.