Станція Трефилівка з’явилася не пізніше 1916 року як непасажирський роз’їзд 127 версти[1].
В 1926 році роз’їзд отримав сучасну назву[2] за найменуванням найближчого села, яке, за переказами, отримало назву від тамтешнього землевласника[3].
До початку курсування на даному напрямі приміських поїздів сполученням Харків – Готня (перша половина 30-х років)[4] по роз’їзді, починаючи з 1926 року, зупинялися всі поїзди пасажирського сполучення, яких тут у 20-х роках ХХ століття налічувалося дві пари на добу[2]. У 50-ті - 60-ті роки по Трефилівці зупинялися різні потяги пасажирського сполучення, насамперед - Маріуполь - Ленінград і Харків - Брянськ[5].
