เนื่องจากสถานีแรกสร้างอยู่ที่ระดับถนน จึงขัดขวางการขยายตัวของเมือง จึง มีการวางรางรถไฟยาว 8 กิโลเมตร (5.0 ไมล์)สำหรับเครือข่ายรถไฟใหม่ที่แยกจากระบบถนน นอกจากนี้ สถานีใหม่ยังมีระบบรางที่ยาวมาก หลังจากงานเตรียมการในปี 1873 เพื่อย้ายโรงงานไปยัง Leinhausen และลานจัดเรียงรถไฟไปยัง Hainholz และการสร้างเส้นทางเบี่ยงขนส่งสินค้า การก่อสร้างเครือข่ายหลักซึ่งยังคงมีอยู่จนถึงปัจจุบัน เริ่มขึ้นในปี 1875 ^{[ 4 ]}อาคารสถานีใหม่ได้รับการออกแบบโดยHubert Oswald Stierใน สไตล์ ฟื้นฟูเรเนสซองส์เป็นอาคารสมมาตรอีกครั้ง โดยมีห้องโถงหลักและปีกสองปีก ซึ่งแต่ละปีกมีอาคารมุม อาคารมุมด้านตะวันออกที่มีKaiserzimmer ( แปลว่า' ห้องของจักรพรรดิ' ) มีทางเข้าแยกต่างหาก อาคารได้รับการออกแบบด้วยอิฐสีเหลืองมีแถบอิฐสีแดงและฐานหินทราย ชานชาลาทั้งสี่แห่งที่มีรางชานชาลาเจ็ดรางและรางผ่านสองรางนั้นถูกเชื่อมต่อด้วยโถงสองแห่งที่มี ช่วงกว้าง 37 เมตร (121 ฟุต)หลังจากรื้อถอนอาคารสถานีที่มีอายุเกือบ 30 ปี การก่อสร้างสถานีใหม่เริ่มขึ้นในเดือนเมษายน พ.ศ. 2420 และเปิดให้บริการในวันที่ 22 มิถุนายน พ.ศ. 2422 หลังจากการก่อสร้างนาน 26 เดือน การเข้าถึงชานชาลาทำได้ผ่านอุโมงค์สามแห่ง และยังมีอุโมงค์อีกสองแห่งสำหรับการขนส่งสัมภาระและการขนส่งไปรษณีย์ ระบบรางรถไฟที่สร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2426 ประกอบด้วยรางชานชาลาเจ็ดรางและรางผ่านกลางสองรางสำหรับรถไฟขนส่งสินค้า โรงจอดรถไฟประกอบด้วยโถงแยกสองแห่ง แต่ละแห่งกว้าง37 เมตร (121 ฟุต) และ ยาว167.5 เมตร (550 ฟุต) โดยมีพื้นที่กว้าง 9.25 เมตร (30 ฟุต 4 นิ้ว)ระหว่างกันสำหรับรางผ่านสองราง ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างอาคารอยู่ที่ 12.7 ล้านมาร์คและ 22.5 ล้านมาร์คสำหรับพื้นที่สถานีทั้งหมด^{[ 5 ]}          

ในปี 1910 ได้มีการสร้างหอควบคุมรถไฟแห่งที่สามขึ้นระหว่างรางที่ 10 และ 11 หอควบคุมรถไฟใหม่นี้สร้างด้วยเหล็ก มีช่วงกว้าง27.5 เมตร (90 ฟุต 3 นิ้ว)และสูง15.3 เมตร (50 ฟุต 2 นิ้ว)โดยสร้างตามแบบของสถาปนิกเทศบาลชื่อ Möller สิ่งที่มีความสำคัญเป็นพิเศษต่อการดำเนินงานของทางรถไฟฮันโนเวอร์-ฮัมบูร์กคือการสร้าง ทางรถไฟ สาย Hasenbahn ( แปลว่า' สายกระต่าย' ) เสร็จสมบูรณ์ ซึ่งเป็นทางรถไฟสายย่อยที่วางแผนไว้ในปี 1913 จากทางรถไฟ HeathจากLangenhagenผ่านGroßburgwedelไปยังCelleตั้งแต่เดือนพฤษภาคม 1938 รถไฟสามารถวิ่งตรงระหว่างฮัมบูร์กและเยอรมนีตอนใต้ได้โดยไม่ต้องวิ่งผ่านLehrteอีกต่อไป และไม่จำเป็นต้องกลับรถที่ฮันโนเวอร์อีกต่อไป       

ในตารางเวลาของฤดูร้อนปี 1939 สถานีฮันโนเวอร์มีรถไฟทางไกลขาเข้าและขาออกตามกำหนดการรวม 144 เที่ยว ถือเป็นจุดเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุดในเครือข่ายรถไฟทางไกลของDeutsche Reichsbahn รองจากสถานีปลายทางของเบอร์ลิน โคโลญ แฟรงก์ เฟิร์ตอัมไมน์และสถานีหลักของไลป์ซิกและดุยส์บูร์ก^{[ 6 ]}

สถานีรถไฟแห่งนี้ถูกทำลายไปเกือบหมดระหว่างการโจมตีทางอากาศที่เมืองฮันโนเวอร์ในเดือนกรกฎาคมและตุลาคม ปี 1943 เหลือเพียงโครงสร้างของห้องโถงและกำแพงด้านนอกของอาคารทางเข้าเท่านั้น ต้องใช้เวลาถึงสี่วันกว่าจะเปิดเส้นทางรถไฟได้อีกหนึ่งเส้นทาง

เมื่อวันที่ 13 มิถุนายน 1945 บริการรถไฟโดยสารได้เริ่มให้บริการเป็นครั้งแรกหลังสงครามไปยังเมืองมินเดนนีนบูร์กและเกิตติงเงนเมื่อวันที่ 14 สิงหาคม บริการรถไฟโดยสารได้ขยายตัวอย่างมาก โดยเริ่มให้บริการอีกครั้งจากฮันโนเวอร์ไปยังเบรเมอร์ฮาเฟ น ดุยส์บูร์ก ฮา เมลิน เกิตติงเงนบราวน์ชไวก์และอูเอลเซนเมื่อวันที่ 15 สิงหาคม 1946 ฮันโนเวอร์ได้รับการบริการอีกครั้งเป็นครั้งแรกหลังสงครามโดยรถไฟนอร์ดเอ็กซ์เพรสซึ่งวิ่งจากปารีสผ่านเบอร์ลิน ทำให้เชื่อมต่อกับเครือข่ายรถไฟทางไกลระหว่างประเทศอีกครั้ง

หลังจากความเสียหายอย่างหนักจากการทิ้งระเบิด การบูรณะอาคารทางเข้าเริ่มขึ้นในฤดูร้อนปี 1948 ส่งผลให้ด้านหน้าอาคารมีการออกแบบภายในใหม่ และโครงเหล็กที่เหลืออยู่ของหลังคาอาคารเก่าถูกรื้อออก และชานชาลาถูกคลุมด้วยหลังคาไม้ชั่วคราว ชานชาลาได้รับการสร้างใหม่ตั้งแต่ปี 1959 ถึง 1961 และชานชาลาสำหรับสัมภาระก็หายไปเนื่องจากมีการสร้างลิฟต์สัมภาระบนชานชาลาผู้โดยสาร ทางเข้าตรงกลางถูกขยายให้กว้างขึ้น อุโมงค์ทางเดินเท้าด้านข้างถูกปิด และชานชาลาได้รับหลังคาใหม่ ตั้งแต่ปี 1957 สัญญาณและสวิตช์ถูกควบคุมโดยระบบกลไกแบบเชื่อมต่อกันในปี 1963 ชานชาลาที่ห้าถูกต่อเติมบนรางที่ 12 (รางที่ 5 และ 6 เป็นรางที่ไม่มีชานชาลา) การติดตั้งระบบไฟฟ้าบนรางรถไฟจากทางใต้มาถึงสถานีรถไฟฮันโนเวอร์ฮาวป์บาห์นโฮฟเมื่อวันที่ 26 พฤษภาคม 1963 ต่อมาได้ขยายระบบไฟฟ้าไปยังเลห์ร์เตเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 1963 และไปยังเบรเมนเมื่อวันที่ 14 ธันวาคม 1964 การเชื่อมต่อกับฮัมบูร์กได้รับการติดตั้งระบบไฟฟ้าเมื่อปลายปี 1964 และรางรถไฟสองสายไปยังเซลล์ได้รับการติดตั้งระบบไฟฟ้าเมื่อวันที่ 6 เมษายน 1965 ส่วนสายส่งไฟฟ้าเหนือศีรษะจากเลห์ร์เตผ่านบรุนสวิกไปยังเฮล์มสเตดท์นั้นสร้างเสร็จสมบูรณ์ในปี 1976

การก่อสร้างทางรถไฟสายHanover Stadtbahnทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ต่อสถานี เนื่องจากสถานีทั้งหมดต้องเปิดให้บริการระหว่างการบูรณะ การก่อสร้างจึงทำได้โดยการปิดกั้นรางรถไฟเท่านั้น ระหว่างเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2512 ถึงฤดูใบไม้ผลิ พ.ศ. 2516 ได้มีการสร้างชานชาลาที่หกบนรางที่ 13 และ 14 ^{[ 7 ]}เมื่อสร้างเสร็จแล้ว รางรถไฟสองรางถูกปิดกั้นตั้งแต่ปี พ.ศ. 2513 ถึง พ.ศ. 2518 เพื่อสร้างอุโมงค์ Stadtbahn และทางเดินเท้าด้านบน เพื่อการนี้ อุโมงค์ทางเดินเท้าตรงกลางถูกปิดกั้น และการเข้าถึงชานชาลาต้องผ่านอุโมงค์ด้านข้างที่เปิดใหม่ ในส่วนหนึ่งของการปรับโครงสร้างนี้ รางรถไฟสายที่ 6 ถูกย้ายไปอยู่ระหว่างรางชานชาลาที่ 8 และ 9 ในขณะที่รางรถไฟสายที่ 5 (ปัจจุบันคือ 40) ยังคงอยู่ที่เดิม (ปัจจุบันคือ 80) จากนั้นสถานีก็ได้รับการสร้างใหม่ ชานชาลารวมถึงหลังคาก็ได้รับการปรับปรุงใหม่เช่นกัน อุโมงค์ ลิสเตอร์ มีเลอฝั่งตะวันตกซึ่งเชื่อมระหว่างที่ทำการไปรษณีย์หลักกับที่ทำการไปรษณีย์พัสดุที่ตั้งอยู่บนจัตุรัสราสช์พลาทซ์นั้น เชื่อมต่อกันด้วยทางลาดที่ยาว เพื่อใช้ขนส่งสัมภาระและจดหมายไปยังชานชาลา

เมื่อมีการเปิดตัว เครือข่าย Intercityในปี 1971 ฮันโนเวอร์กลายเป็นศูนย์กลางการเปลี่ยนถ่ายผู้โดยสาร ซึ่งสามารถเปลี่ยนระหว่างรถไฟ IC บนชานชาลาเดียวกันได้ ระบบข้อมูลผู้โดยสารพร้อมจอแสดงข้อมูลบนบันไดและชานชาลาได้รับการติดตั้งในฤดูใบไม้ผลิปี 1988 ^{[ 8 ]}ด้วยจำนวนการมาถึงและการออกเดินทางของรถไฟทางไกลตามตารางเวลาปกติรวม 323 เที่ยว สถานีนี้จึงเป็นจุดเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุดอันดับสี่ใน เครือข่าย Deutsche Bundesbahnในตารางเวลาฤดูร้อนปี 1989 ^{[ 6 ]}

การก่อสร้างระบบ ควบคุมการเดินรถอิเล็กทรอนิกส์ที่ใหญ่ที่สุดของ Deutsche Bahn เริ่มขึ้นในปี 1993 ระบบนี้มีราคาประมาณ 100 ล้านมาร์คออกแบบมาเพื่อควบคุมขบวนรถไฟและการสับเปลี่ยนรางประมาณ 5,000 ขบวนต่อวัน จุดสับราง 279 ชุดและสัญญาณ 535 สัญญาณ โดยผู้ควบคุมการเดินรถ 10 คน^{[ 9 ]}ตามที่ผู้ผลิตระบุ ระบบนี้เป็นระบบควบคุมการเดินรถอิเล็กทรอนิกส์ที่ใหญ่ที่สุดและทันสมัยที่สุดในโลกในเดือนสิงหาคม 1998 ^{[ 10 ]}

สถานีนี้เป็นจุดเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุดในเครือข่าย Deutsche Bahn ในตารางเวลาฤดูร้อนปี 1996 โดยมีรถไฟทางไกลที่วิ่งตามตารางเวลาปกติมาถึงและออกเดินทาง 398 เที่ยวต่อวัน^{[ 6 ]}

สถานีรถไฟแห่งนี้ได้รับการสร้างใหม่ทั้งหมดอีกครั้งเพื่อรองรับงาน Expo 2000 : อาคารทางเข้าถูกรื้อถอนจนถึงผนังด้านนอกและสร้างใหม่ทั้งหมด อุโมงค์กลางถูกขยายและเปิดออกสู่ชานชาลาเพื่อให้แสงสว่างส่องเข้ามาได้ และมีการติดตั้งลิฟต์โดยสารไปยังชานชาลา การปรับปรุงครั้งนี้ทำให้เกิดทางเดินเล่นภายในสถานี นอกจากนี้ ยังมีการ สร้างพื้นที่ช้อปปิ้ง ^ขนาด7,000 ตารางเมตร(75,000 ตารางฟุต)ในอาคารทางเข้าหลังจากย้ายสำนักงานจำหน่ายตั๋วและปิดระบบขนส่งสัมภาระ   

ระหว่างฤดูร้อนปี 2547 ถึงฤดูใบไม้ผลิปี 2549 ทางเดินในชั้นใต้ดินได้รับการปรับปรุงและดัดแปลงอย่างกว้างขวางเพื่อให้เป็นส่วนหนึ่งของทางเดินเล่น Niki-de-Saint-Phalle-Promenade จากKröpckeไปยัง Raschplatz มีร้านค้าหลากหลายประเภทใน พื้นที่ค้าปลีก ^ขนาด20,000 ตารางเมตร(215,000 ตารางฟุต)บนสองชั้น และร้านค้าส่วนใหญ่เปิดให้บริการถึง 22.00 น. ในวันธรรมดา    

รถไฟS-Bahn สถานีฮันโนเวอร์เปิดให้บริการเมื่อวันที่ 28 พฤษภาคม 2543 ปัจจุบันชานชาลาที่ 1 และ 2 ให้บริการรถไฟ S-Bahn ไปยัง H-Bismarckstraße และWunstorfและชานชาลาที่ 13 และ 14 ให้บริการรถไฟ S-Bahn ไปยัง Lehrte และ Celle ในเวลาเดียวกัน ทางเข้าสู่สถานีก็ได้รับการปรับปรุงใหม่ โดยทางด้านตะวันตกมีการสร้างรางเพิ่มเติมอีกคู่หนึ่งทางใต้ของรางเดิมสำหรับรถไฟ S-Bahn ไปยัง Lehrte และทางด้านตะวันออกมีการสร้างรางเพิ่มเติมอีกรางหนึ่งทางเหนือของรางเดิม

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2569 บริการ GoVoltaเริ่มโทรออก^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

สถานีรถไฟฮันโนเวอร์ ฮาวป์ทบาห์นโฮฟ (Hannover Hauptbahnhof) สามารถเดินทางมาได้ด้วยรถไฟ S-bahn ทุกสาย ตั้งอยู่ในโซน 1ของเมืองฮันโนเวอร์

• บริการ S-Bahn ฮันโนเวอร์S 1 Minden - Haste - Wunstorf - ฮันโนเวอร์ - Weetzen - Haste
• บริการ S-Bahn ฮันโนเวอร์S 2 Nienburg - Wunstorf - ฮันโนเวอร์ - Weetzen - Haste
• บริการ S-Bahn ฮันโนเวอร์S 3ฮันโนเวอร์ - เลห์เต - ฮิลเดสไฮม์
• บริการ S-Bahn ของฮันโนเวอร์S 4 Bennemühlen - Langenhagen - ฮันโนเวอร์ - Hannover Messe/Laatzen - Hildesheim
• บริการ S-Bahn ของฮันโนเวอร์S 5สนามบินฮันโนเวอร์ - Langenhagen - ฮันโนเวอร์ - Weetzen - Hameln - พาเดอร์บอร์น
• บริการ S-Bahn ฮันโนเวอร์S 6ฮันโนเวอร์ - เซล
• บริการ S-Bahn ของฮันโนเวอร์S 7ฮันโนเวอร์ - เลห์เต - เซล
• บริการ S-Bahn ของฮันโนเวอร์S 8สนามบินฮันโนเวอร์ - Langenhagen - ฮันโนเวอร์ - ฮันโนเวอร์ เมสเซ่/ลาตเซน

สถานีรถไฟฮันโนเวอร์ ฮาวป์ทบาห์น โฮฟ (Hannover Hauptbahnhof) ให้บริการโดยรถไฟสาย A, B และ D ทุกสาย และเป็นสถานีปลายทางของสาย 8 และสาย 18 (สำหรับกิจกรรมพิเศษ) สถานีนี้เป็นสถานีเดียวในระบบรถไฟเมืองฮันโนเวอร์ (Hanover Stadtbahn)ที่สามารถเปลี่ยนจากสาย A ไปสาย B ได้โดยใช้การเปลี่ยนชานชาลา (Cross-platform interchange )