Открыли станцию под названием Ивановка (по наименованию близлежащего села) в ноябре 1873 года во время строительства участка от Синельниково до Екатеринослава частной железной дороги Лозовая–Севастополь. В 1897 году поселок и станция получили наименование Илларионово по имени здешнего крупнейшего землевладельца Иллариона Воронцова-Дашкова. Благодаря ему было построено водозаборное устройство и проведен водопровод к станции. Это позволило организовать на станции заправку паровозов водой. При необходимости здесь же они могли догрузить и топливо. В наше время станция Илларионово продолжает выполнять свои функции. Здесь можно приобрести билеты на все пассажирские поезда. Приема и выдачи багажа нет.