辰野駅は中央本線開通と同時、1906年（明治39年）に開業した。その後、駅西方から伊那谷方面を結ぶ伊那電車軌道（後の伊那電気鉄道）が開業し、1916年（大正15年）には駅に直接乗り入れた。伊那電気鉄道は1943年（昭和18年）に国有化され、飯田線として国鉄の路線網に組み込まれた。

以降、中央本線と飯田線の乗換駅として栄えたが、1983年に辰野駅を迂回する塩嶺トンネル経由の新線が岡谷駅 - 塩尻駅間に開通し、中央本線のメインルートから外れ、定期特急の停車がなくなった。その後、1986年11月に急行「こまがね」、2002年12月に夜行急行「アルプス」も廃止され、辰野駅を経由する中央本線の定期の優等列車は全廃された。

現在、定期運転の優等列車は快速「みすず」のみが停車する。塩嶺トンネル開通後、特に分割民営化以降、飯田線列車は岡谷・上諏訪方面への直通が大半を占め、塩尻 - 辰野間もほとんど区間運転となったため、実質飯田線の中間駅かつ地元で辰野線と呼ばれる塩尻への旧線の起点駅のようになっている。

駅舎・ホーム等の鉄道資産はJR東日本の所属であり、JR東海との境界は飯田線の下り場内信号機である。