Eine wechselvolle Geschichte hat der Bahnhof Herleshausen und die damit verbundene Bahnstrecke Herleshausen - Wommen hinter sich. Diese Bahnstrecke galt bis zum 2.ten Weltkrieg als eine der wichtigsten Fernverbindungen Deutschlands (bis Gerstungen war es die frühere Thüringer Bahn, ab Gerstungen bis Kassel fuhr die Friedrich-Wilhelms-Nordbahn). Nach dem Kriegsende wurden viele Bahnstrecken, die die deutsch-deutsche Grenze schnitten, stillgelegt. Dieses Schicksal blieb dem Bahnhof Herleshausen vorerst erspart.

Der Bahnhof Herleshausen ist ein stiller Zeitzeuge der Geschichte Deutschlands, denn er wurde zum Dreh- und Angelpunkt der Spätheimkehrer. Die Bilder heimkehrender Kriegsgefangener aus dem Osten, die über den Bahnhof Herleshausen wieder zu ihren Familien zurückkehren konnten, sind bis heute unvergessen. Viele Originaldokumente, Bilder und Exponate aus dieser Zeit sind in dem neu eröffneten Museum im Bahnhof zu besichtigen.

Da die Bahnstrecke gleich mehrfach die innerdeutsche Grenze zwischen Herleshausen und Bebra schnitt, baute die DDR trotz schwierigster Umstände eine Umleitung für den Abschnitt Eisenach - Gerstungen. Diese neue Bahnstrecke erhielt den Namen „Trasse“ und führte über Förtha. Nachdem der sogenannte „Interzonenverkehr“ auf die „Trasse“ umgeleitet war, verkam der im Werratal gelegene Abschnitt Eisenach-Herleshausen-Gerstungen immer mehr. Ausschließlich für ein Güterzugpaar und eventuellem Umleiterverkehr wurden die Gleise noch vorgehalten. Die Strecke wurde von Mitarbeitern der Reichsbahn-Direktion Erfurt, auch auf westdeutschem Gebiet, gewartet. Auch diese letzten Zugfahrten wurden im Jahre 1978 eingestellt. Die Strecke wurde dem Zerfall übergeben und nutzte nur noch als Mahnmal deutsch-deutscher Eisenbahngeschichte. Ende der 80ger Jahre schien der Abbau der Gleisanlage, durch die Rückgabe der Strecke an die DB, unvermeidbar.

Mit dem Mauerfall im Jahre 1989 erkannte man wieder die Vorteile der Werratal Strecke gegenüber der Bergstrecke über Förtha und begann mit der Erneuerung der Gleisanlagen. Mittlerweile fahren im Werratal wieder Fernzüge und der Bahnhof in Herleshausen ist ein Haltepunkt für den Regionalverkehr nach Bebra und Eisenach.