La gare de Quetteville est mise en service le 7 juillet 1862 par la Compagnie des chemins de fer de l'Ouest.
La compagnie ouvrait alors à l'exploitation les 25km de la deuxième section (entre Pont-L'évêque et Honfleur) de sa ligne Lisieux-Honfleur. Sur cette section, outre les gares des extrémités, elle est la seule gare intermédiaire.
La section Pont-Audemer-Quetteville fut ouverte au trafic le 8 juin 1889. Dès lors, la gare devint gare d'embranchement et fut profondément remaniée et agrandie.
Un nouveau bâtiment voyageur construit à quelques centaines de mètres de l'ancien occupe alors le centre des 2 branches du Y de la nouvelle bifurcation.
Les installations marchandises restaient pour leur part à leur emplacement d'origine, près du bâtiment voyageur primitif qui fut réutilisé comme simple logement.
C'est à l'automne 1969 que le transport de voyageur est arrêté. De 1995 à 2005, l'association "Pontaurail" met en service un autorail (X2426) pour une desserte touristique entre Pont-Audemer et Honfleur.