Stasiun ini kemungkinan dibuka bersama oleh Staatsspoorwegen dan Probolinggo Stoomtram Maatschappij. Sekitar tahun 1897, antara SS dan PbSM sepakat untuk membuat sebuah stasiun yang nantinya akan mengintegrasikan dua jalur dengan konsesi berbeda. Sekitar tahun 1897, SS mulai membangun perpanjangan jalur dari Probolinggo menuju Jember setelah sebelumnya sukses dengan segmen Pasuruan–Probolinggo. Keluarnya besluit tertanggal 15 Desember 1894 No. 6. mewajibkan SS membuat kesepakatan dengan PbSM untuk membangun transportasi yang sinergis antara kedua perusahaan.[3] Pada tanggal 1 Juli 1895, jalur kereta api SS Probolinggo–Klakah selesai dibangun, sedangkan jalur Jati–Gending selesai pada tanggal 21 April 1897.[4]
Stasiun kereta api bersama ini disepakati berlokasi di wilayah Jati dan kemudian diberi nama Stasiun Jati. Bila SS hanya membangun stasiun, PbSM membangun stasiun juga sebuah bengkel kereta api (kelak menjadi depo lokomotif), serta membuat percabangan dari Stasiun Jati menuju Pelabuhan Tanjung Tembaga di Probolinggo pada tanggal 28 September 1898.[4]
Agresi Militer Belanda I telah menghancurkan jalur kereta api ini. Majalah Pantja Raja edisi 15 Juni 1946 mencatat bahwa jalur kereta api segmen Sebaung–Kraksaan dibangun kembali.[5] Akan tetapi, untuk segmen Probolinggo–Gending Baru masih belum dibangun sampai pertengahan dekade 1950-an menurut laporan tahunan DKA.[6] Praktis, layanan kereta apinya juga tidak dapat dijalankan hingga 1960-an.
Pada tahun 1978, dalam Statistik Kotamadya Probolinggo 1980, sudah tidak ada lagi kereta api penumpang yang diberangkatkan dari Stasiun Jati karena jaraknya yang terlalu dekat dengan Stasiun Probolinggo.[7] Stasiun Jati kemudian diubah menjadi sepur simpang menuju dipo tersebut sampai akhirnya dinonaktifkan.[per kapan?] Koleksi Depo Lokomotif Jati yang terakhir adalah gerbong-gerbong penolong yang telah lama disimpan di Stasiun Probolinggo.
