Vorgänger des Darmstädter Hauptbahnhofs waren zwei getrennte 19Jahrhunfert  Bahnhöfe am heutigen Steubenplatz, die von den beiden Bahngesellschaften errichtet worden waren, die im  Darmstadt an das Schienennetz angeschlossen hatten: Seit 1846 der Main Necka Bahnhof, ein Durchgangsbahnhof an der Strecke Frankfurt-Heidelberg und seit 1858 der Ludwigsbahnhof, ein Kopfbahnhof an der Verbindung Wiesbaden-Ascheffebnburg.

Die Platzverhältnisse auf beiden Bahnhöfen erwiesen sich bei zunehmendem Verkehr am Ende des 19. Jahrhunderts als sehr beengt, das städtische Wachstum Darmstadts hatte das Bahnareal erreicht, so dass die notwendige Erweiterung am alten Standort nicht möglich war, betrieblich war die Trennung in zwei Bahnhöfe störend, ebenso wie die Behinderung des höhengleich kreuzenden Straßenverkehrs auf der Rheinstraße.

Ab 1901 wurden vier verschiedene Entwürfe, bei denen es vor allem um eine endgültige Lösung der Verkehrsführung ging, erarbeitet und verworfen. 1905 konnten sich schließlich Stadt und die preußisch-hessische Eisenbahndirektion Mainz auf einen fünften Entwurf einigen. Dieser sah vor, auf dem – damals – freien Feld ungefähr 800 Meter westlich der alten Bahnhöfe einen neuen Durchgangsbahnhof zu errichten. Die größere Entfernung zur Innenstadt sollte durch den Anschluss mit der Straßenbahn ausgeglichen werden. Die Post erhielt nördlich des Empfangsgebäudes ein eigenes Bahngofsamt, das über den „Poststeg“, eine eigene überdachte Brücke mit Verbindungen zu den tiefer liegenden Post- und Gepäckbahnsteigen, mit den Zügen verbunden war. Der Poststeg wurde in der ersten Hälfte der neunziger Jahre abgerissen.

Für die Gleise wurde im südlichen Teil eine Lage in einem Geländeeinschnitt vorgesehen, sodass die Straßen über die Bahn geführt werden konnten. Gleiches galt auch für die Erschließung: Fahrgäste betreten das Empfangsgebäude auf Straßenniveau, durchqueren die Bahnhofshalle auf gleicher Ebene und erreichen die Bahnsteige von einer Überführung durch Treppen (und seit einigen Jahren auch mit Fahrstühlen). Parallel dazu verlief eine eigene Überführung für Gepäck- und Expressgutdienst, bei der letzten Renovierung zu einem Fahrradparkhaus umgebaut wurde. Das nördliche Gleisfeld liegt wegen eines Geländeabfalls dagegen auf Dämmen.

Zum Bau des Empsfangsgebeudes wurde ein Wettbewerb ausgeschrieben. Auf ausdrücklichen Wunsch von Großherzog Ernst Ludwig sollte der neue Bahnhof „von einem modernen Baumeister, nicht von einem Stilarchitekten“ gebaut werden. Kaiser Wilhelm 2. verzichtete aus diplomatischer Rücksichtnahme auf eine Einmischung in dieser Frage – obwohl er sonst bei der Gestaltung vieler Empfangsgebäude im Bereich der Preusischen Eisenbahn eingriff –, weil er gegenüber seinem Cousin und Kollege, dem Großherzog von Hessen-Darmstadt, in Gestaltungsfragen für den Hauptbahnhof von dessen Residenzstadt nicht eingreifen zu können meinte.

Insgesamt 75 Entwürfe wurden eingereicht. Friedrich Pützer und Fritz Klinholz erhielten je einen zweiten Preis. Den Auftrag erhielt 1908 Friedrich Pützer. Er benötigte zwei Jahre, die Planung umzusetzen, wobei er auch von den Entwürfen seiner Kontrahenten einige gute Gedanken verwendete.

Die Bauarbeiten wurden 1906 begonnen, 1912 beendet und kosteten insgesamt 17 Millionen Mark.

Damals urteilten die Fachleute recht zurückhaltend über das neue Gebäude: „Zum Teil recht tüchtige Leistungen, aber eben keine hervorragenden Ideen.“ Heute gilt der Bau als wegweisend und ist ein Kulturdenkmal nach dem Hessichen Denkmalschutzgesetz.

Der Hauptbahnhof Darmstadt ist heute mit der Linie S 3 an die S-Bahn Rhein Main angeschlossen. Weitere Regionalverbindungen bestehen heute noch nachFfM, Wiesbaden über Groß Gerau und Mainz,Aschaffenburg über Dieburg,Mannheim bzw. Heidelberg über Bensheim und Weinheim,Groß Umstadt über Groß Umstadt Wiebelsbach. Die Zugverbindungen nach Goddelau über Griesheim,Groß Zimmern über Roßdorf und nach Pfungstadt sind dagegen schon seit langem eingestellt. Die Verbindung nach Pfungstadt soll aber voraussichtlich ab Dez. 2009 wieder aufgenommen werden.

Der Bahnhof ist in das Fernverkehrsnetz der DB Ag eingebunden, auch wenn die Mehrzahl der in Nordsüd-Richtung verkehrenden Fernverkehrszüge über die Riedstrecke fahren. Mehrere IC und  ICE Linien verbinden die Stadt direkt mit Paris (über Mannheim und Kaiserslautern), Karlsruhe-Stralsund (über Frankfurt (Main),Hannover und Hamburg), Salzburg (über Stuttgart und München), Konztanz und Saarbrücken.Leipzig Saarbrücken über Frankfurt Main .Direkt nach Berlin mit dem ICE Sprinter der in Darmstadt um 5.43 beginnt und mit dem ICE nach Oldenburg der ebenfalls in Darmstadt um 16.47 beginnt.