Obecny Dworzec Główny we Wrocławiu powstał w związku z budową linii kolejowej z Wrocławia do Poznania. Koncesję na uruchomienie tego połączenia uzyskała w 1853 roku spółka Kolei Górnośląskiej, co oznaczało, że nowy dworzec miał nie tylko obsługiwać nowo utworzoną linię kolejową, ale także przejąć funkcje pierwotnego, zbudowanego zaledwie kilkanaście lat wcześniej dworca Kolei Górnośląskiej.

Zespół budynków dworcowych usytuowano na zachód od starszego dworca, na tzw. Polach Stawowych, które w 1855 roku zostały na ten cel nieodpłatnie przekazane spółce przez miasto. Wykonanie projektu dworca i nadzór nad pracami budowlanymi powierzono królewskiemu budowniczemu Kolei Górnośląskiej Wilhelmowi Grapowowi.

Roboty rozpoczęto 10 września 1855 roku, w następnym roku budynek został zadaszony, a 27 października 1856 roku wyruszył z niego pierwszy pociąg do Poznania. Wnętrza dworca oddano do użytku niemal rok później – 12 października 1857 roku. Gotowe były już wtedy wszystkie pomieszczenia służące do obsługi podróżnych, ale trwały jeszcze prace wykończeniowe w sali konferencyjnej na pierwszym piętrze i w kilku innych wnętrzach, prowadzono również roboty tynkarskie w zachodniej części budynku. Jesienią 1857 roku wyrównano i wybrukowano plac przed dworcem oraz prowadzące do niego ulice, zasadzono rośliny ozdobne i zainstalowano latarnie gazowe.
 

Budowa dworca oznaczała konieczność dokonania znacznych zmian w najbliższym otoczeniu budowli. Poprowadzenie torów w kierunku zachodnim wymagało wyburzenia dotychczasowej rogatki borowskiej, która znajdowała się nieco na południowy zachód od realizowanego założenia. Nową rogatkę wzniesiono w 1855 roku bardziej na południe, u zbiegu obecnych ulic Stawowej i Suchej (wytyczonej w tym czasie jako droga biegnąca wzdłuż składów węgla usytuowanych po południowej stronie planowanego dworca). Budynek rogatki został zaprojektowany już we wrześniu 1854 roku przez radcę budowlanego Kolei Górnośląskiej Augusta Rosenbauma w efektownych formach nawiązujących do włoskiej willi, z kwadratową narożną wieżą i klasycystycznym detalem.

Po północnej stronie dworca konieczne były zmiany zapewniające komunikację całego założenia z centrum miasta. Uregulowano bieg prowadzącej równolegle do fasady dworca Angergasse, wytyczając po jej północnej stronie działki budowlane, na których na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XIX wieku stanęła zabudowa oddzielająca plac przed dworcem od zamkniętego w 1856 roku cmentarza żydowskiego.

Obecna ulica Hugona Kołłątaja, która do tej pory kończyła się na skrzyżowaniu z dzisiejszą ulicą Tadeusza Kościuszki, została przedłużona w kierunku południowym, a równolegle do niej wytyczono nową ulicę (obecnie Gwarną), wiodącą do głównego wejścia dworca. Południowy odcinek dzisiejszej ulicy Dworcowej, biegnącej do wschodniego wejścia dworca, uregulowano dopiero w 1909 roku, przeprowadzając go przez teren zamkniętego cmentarza i ogradzając po obu stronach ozdobnymi kratami. Pozostała część cmentarza została zlikwidowana w 1944 roku.

Równocześnie z budową gmachu dworca wznoszono w jego sąsiedztwie inne budynki, również projektowane przez Wilhelma Grapowa: dwie wagonownie usytuowane po wschodniej stronie dworca, nieco dalej na wschód, w sąsiedztwie torowiska – lokomotywownię i warsztat budowy wagonów, a na południe od linii kolejowej, na polach należących do ówczesnej wsi Huby – stację spiętrzania wody.

Intensywna rozbudowa i modernizacja zaplecza dworca, które objęło również starsze budynki, wzniesione jeszcze na potrzeby pierwszej stacji Kolei Górnośląskiej, oraz obiektów służących spedycji towarowej trwała nieprzerwanie przez następne dziesięciolecia.
 

W latach 1899 – 1904 przeprowadzono wielką przebudowę, która przyniosła wiele zmian w głównym budynku. Poprzedziło ją poprowadzenie w 1896 roku czterotorowej obwodnicy towarowej łączącej stacje w Brochowie i Gądowie oraz w Popowicach. Służyła ona wyeliminowaniu ruchu towarowego z Dworca Głównego i pozwoliła wyłączyć go z użytkowania na czas trwania prac modernizacyjnych.

Przebudowa polegała przede wszystkim na podniesieniu torów kolejowych biegnących przez miasto na taką wysokość, żeby możliwe stało się przeprowadzenie pod nimi przejść i przejazdów łączących centrum Wrocławia z jego południową częścią. W obrębie budynku dworca zmiany objęły likwidację pierwotnej hali peronowej i wzniesieniu na jej miejscu nowej hali obsługi podróżnych. Na południe od niej, w miejscu dotychczasowych składów węgla, usytuowano pięć peronów – dostępnych przez poprowadzone pod torami tunele – z których cztery mieściły się w przeszklonej hali o stalowej konstrukcji.

Zmieniono także układ wnętrz w budynku dworca, a spedycje - pocztowa i ekspresowa - mieszczące się dotąd w jego bocznych pawilonach, otrzymały nowe, okazałe siedziby usytuowane na wschód od głównego budynku.

Nowa poczta dworcowa, zaprojektowana w 1904 roku przez radcę budowlanego urzędu poczt Hermanna Robradego, została wzniesiona po północnej stronie torowiska, wzdłuż dzisiejszej ulicy Stanisława Małachowskiego. Zespół budynków spedycji ekspresowej – złożony z siedziby zarządu, obszernych magazynów i rampy wyładunkowej – zaprojektowany w 1903 roku przez inspektorów budowlanych Królewskiej Dyrekcji Kolei Bernharda Klüschego i Richarda Schramkego, ulokowano po południowej stronie torów, wzdłuż obecnej ulicy Suchej.

Bernhard Klüsche, który najprawdopodobniej nadzorował całość prac związanych z rozbudową dworca, sygnował także większość pozostałych projektów związanych z tym przedsięwzięciem, jakie powstawały w Oddziale Budowlanym Królewskiej Dyrekcji Kolei, przemianowanym po 1904 roku na Królewską Inspekcję Ruchu Kolejowego.

Po południowej stronie dworca, na wschód od wyjścia z głównego tunelu w stronę obecnej ulicy Suchej, powstał parterowy budynek, określony jako hala dla emigrantów. Halę zbudowano według projektu wykonanego w 1903 roku przez radcę budowlanego Carla Backsa. Miała to być konstrukcja tymczasowa, ale funkcjonowała aż do 1912 roku, kiedy została rozebrana i zastąpiona bardzo podobnym, choć przesuniętym nieco bardziej w stronę ulicy, pełniącym tę samą funkcję budynkiem zaprojektowanym przez radcę budowlanego Ludwiga Röbego. Po drugiej stronie wyjścia, na ogrodzonej wysokim murem posesji kolejowego zakładu ogrodniczego, wzniesiono w tym samym czasie kostnicę dworcową zaprojektowaną przez architekta Ericha Petersa.

Zmiany związane z rozbudową dworca i poszerzeniem torowiska pociągnęły również za sobą konieczność wzniesienia licznych nowych budynków nastawni. Te usytuowane w miejscach widocznych z ulic miasta otrzymały starannie opracowane formy architektoniczne.

Intensywne prace budowlane trwały także na terenie dworca towarowego, aż do 1912 roku. Później, w czasie pierwszej wojny światowej i w następnych latach, przedsięwzięć budowlanych było znacznie mniej i ograniczały się raczej do modernizacji i rozbudów istniejących obiektów. Dopiero w 1928 roku zaplanowano budowę trzech zakrojonych na większą skalę budynków: kotłowni położonej w okolicach obecnej ulicy Paczkowskiej, usytuowanej na wschód od niej wielkiej lokomotywowni i jeszcze dalej – już na Tarnogaju – okazałego gmachu zarządu połączonego z wieżą wodną. Autorem projektów tych budowli był najprawdopodobniej Gotthardt Eckert.

Nieco wcześniej, w 1925 roku, na pierwszym piętrze gmachu dworca, w środkowej części skrzydła zachodniego, urządzono zajmującą całą szerokość traktu salę wykładowo-kinową wraz z prowadzącym do niej z głównej klatki schodowej korytarzem oraz z garderobą i pomieszczeniem na modele szkoleniowe. Wiązało się to z przebudową głównej klatki schodowej, która uzyskała w tym czasie bezpośrednie wejście z zewnątrz, mieszczące się po zachodniej stronie środkowego pawilonu.

Dworzec w czasie II Wojny Światowej

W ramach przygotowań do II wojny światowej pod placem poprzedzającym dworzec powstała sieć schronów dla ludności cywilnej. Podczas oblężenia Wrocławia w 1945 roku sam budynek dworca uniknął większych zniszczeń i zaczął ponownie funkcjonować już 20 czerwca 1945 roku, kiedy uruchomiono połączenie z Brochowem, ale remont pozostałych budynków i urządzeń kolejowych trwał do 1949 roku.

Kolejny gruntowny remont przeprowadzono w latach sześćdziesiątych. Wprowadzono między innymi czarne okładziny i masywny mur wzdłuż krawędzi dawnego peronu w hali obsługi podróżnych, a także obecnie istniejące bufety na peronach.