Северный вокзал Парижа принял первых пассажиров летом 1846 года. К 1860 году в городе решили построить новый вокзал, старый разобрали и перевезли в Лилль. Заказчиком строительства стала железнодорожная компания Chemin de Fer du Nord, основанная семьёй Ротшильдов.
Здание вокзала Лилль-Фландрия было перестроено из Северного вокзала Парижа в 1869-1892 годах по проекту архитекторов Леонса Рейно и Сидни Дюннетт. В 1887 году была пристроена гостиница Hôtel des Voyageurs. Последней появилась крыша из стекла с ажурным металлическим каркасом.
Название «Лилль-Фландрия» станция получила, когда в городе в 1993 году открылся ещё один вокзал — «Лилль-Европа» (Lille-Europe). Отсюда можно уехать в Париж, Брюгге, Дюнкерк и другие города Франции и Бельгии.
