Am 1. Mai 1905 wurde die Hamm-Osterfelder Bahnstrecke in Betrieb genommen. Sie führt von Hamm westlich abzweigend nach Pelkum, von dort über Bergkamen, Oberaden, Lünen-Süd, Waltrop, Datteln, Recklinghausen-Ost, Buer-Nord, Gladbeck-West und Bottrop nach Oberhausen-Osterfeld. Die Bahnlinie diente vor allem dem Güterverkehr, während der Personenverkehr nachrangig war. Die Bahnhofsgebäude an der Strecke wurden in einem ähnlichen Stil ausgeführt. In Pelkum, Bergkamen und Oberaden waren sie bis auf wenige Abweichungen identisch. Die Zeche Heinrich Robert (damals hieß sie noch "De Wendel") verfügte über einen eigenen Gleisanschluss an den Bahnhof Pelkum. 1912 erhielt die Hamm-Osterfelder Bahn schließlich ein zweites Gleis.

Nach dem Ersten Weltkrieg wurde die Bahnstrecke zum Schauplatz politischer Ereignisse. Mit der Niederschlagung des "Ruhrkampfes" 1920 und dem Ende der französischen Besetzung des Ruhrgebiets 1925 normalisierte sich der Bahnbetrieb wieder. Im Zweiten Weltkrieg wurde die für den Nachschub wichtige Bahn zum Ziel alliierter Bombenangriffe.

Die gesamte Bahnstrecke wurde 1967 elektrifiziert. Der Personenverkehr ging in den 1960er Jahren kontinuierlich zurück. Zum 31. Mai 1966 wurde in Pelkum der Verkehrsdienst im Empfangsgebäude eingestellt, der Reiseverkehr auf dem Abschnitt Hamm-Recklinghausen Ende Mai 1983. Nach einigen Jahren Leerstand wird der Bahnhof Pelkum u.a. als Gaststätte genutzt.