El orígen de la estación fue el de una estación conjunta de las líneas Köln-Mindener Eisenbahn y Bergisch-Märkische Eisenbahn que se construyó al norte del centro de la ciudad en 1847. Esta estación fue reemplazada por una nueva estación que se erigió en 1910 en su emplazamiento actual. se realizaron terraplenes para tener un mejor flujo de tráfico. En el momento de su apertura fue una de las más grandes estaciones de Alemania, pero fue destruída por el ataque aliado el 6 de octubre de 1944.

El edificio principal de la estación se construyó en el año 1952 con estilo contemporáneo. Los acristalamientos y ventanas son debidas a que en Dortmund esa era una profesión muy común.

Dortmund Hauptbahnhof es el tercer nudo ferroviario de larga distancia de Alemania.

Por Dortmund Hauptbahnhof pasan cada día alrededor de 982 trenes, haciendo que sea la estación de tren más importante de la cuenca del Ruhr y, (excluyendo la red de cercanías S-Bahn) la segunda en importancia de toda Alemania, sólo superada por la estación central de Colonia.