En 1844, le maire de Caen propose à celui de Falaise de soutenir ensemble le projet d’une ligne Caen-Falaise qui relierait les deux villes à Paris.
Le 4 décembre 1844, Falaise vote une contribution de 40 000 francs si la ligne de fer de Caen à Alençon ne s’éloigne pas à plus de 3 kilomètres de Falaise.
Guizot, principal ministre de Louis Philippe et maire de Lisieux, voulant asseoir sa popularité a situé toutes les voies ferrées dans son domaine : Mézidon et Saint-Pierre-sur-Dives en faisaient partie. Falaise exclue devra se contenter d’un embranchement à partir de Couliboeuf.
Le 7 février 1857, la Compagnie de l’Ouest consent à construire cet embranchement si la ville de Falaise s’engage à donner gratuitement les terrains nécessaires à la voie et à la gare d’arrivée.
Le 1^er février 1858, la ligne Mézidon-Argentan fut mise en service.
Le 23 mars 1858, la Compagnie accepte de construire l’embranchement ; le tracé est définitivement arrêté (la voie verte actuelle).
En novembre 1858, les réalisations se précipitèrent alors, freinées cependant par la rapacité de certains propriétaires.
La ligne fut ouverte le 30 octobre 1859, neuf mois après la mise en service de la ligne du Mans ; le 1^er train venant de Mézidon arrive à la gare de Falaise pour l’inauguration de la ligne et la gare de Falaise après une halte à  Couliboeuf.

Le trafic voyageur entre les deux gares est progressivement supprimé. Le bureau de la gare sera fermé au public à compter de juin 1990. Quelques trains continuent cependant à s’arrêter. La gare était beaucoup fréquentée avec de nombreux cheminots et des ouvriers allant à l’usine. Elle suscitait une activité importante dans la zone ; une guinguette, des commerces et même au début du siècle des écuries et des relais pour accueillir les visiteurs donnaient de la vie.
Au début de 2007, l’usine France-Mélasse implantée à proximité cessait son activité et désaffectait une grande partie du site.
En avril 2019, les T E R ne s’arrêtent plus à Couliboeuf. La commune perd de nouveau un autre de ses services publiques.