Mit Bauabschluss der Strecke Mannheim - Heidelberg am 12. September 1840 erhielt Heidelberg seinen ersten Bahnhof. 1843 wurde die Strecke nach Karlsruhe verlängert. Die Planung des Kopfbahnhofs hatte Friedrich Eisenlohr. 1846 wurde die Main- Neckar-Bahn (MNB) eröffnet. Damit trafen sich zwei Spurweiten, die badische 1.600 mm und die Normalspur in Heidelberg. Der Badische und der Hessische Bahnhof waren zwar zusammengebaut worden, die Reisenden mussten, bedingt durch die unterschiedlichen Spurweiten, trotzdem umsteigen. Zwischen 1859 und 1892 erfolgen mehrere umfangreiche Umbauten der Bahnhofseinrichtungen. Mit Anschluss der Odenwaldbahn 1862 wurde Heidelberg Durchgangsbahnhof. 1908 begannen die Bauarbeiten für einen, in 1,2 km Entfernung liegenden, neuen Bahnhof. Der Erste Weltkrieg unterbrach die weiteren Bauarbeiten bis 1926. 1930 waren einige Teile des neuen Bahnhofs fertiggestellt, aber der weitere Ausbau wurde abermals durch den Zweiten Weltkrieg bedingt unterbrochen. Das Bahnbetriebswerk und die Güterabfertigung wurden im Zweiten Weltkrieg beschädigt. Die Stadt selbst blieb unzerstört. Das zwischen 1952 und 1955 gebaute Empfangsgebäude fand bundesweit Beachtung. Großzügig und neuartig war die Architektur von Helmuth Conradi. Beeindruckend ist die um 130 Grad aus der Bauflucht verschwenkte verglaste vierstöckige Schalterhalle. Im Innern befindet sich eine Wandmalerei (Sonnenwagen) von Joseph Karl Huber. Am 5. Mai 1955 fand die feierliche Eröffnung des neuen Heidelberger Hauptbahnhofs statt. Es war der erste große Bahnhofsneubau nach dem Krieg. 1956 riss man dann den alten Bahnhof ab. 1986 erfolgten erste Umbauten des Bahnhofs. Der Rangierbahnhof wurde Ende 1998 stillgelegt.