Voordat het station Amsterdam Centraal werd gebouwd, had Amsterdam twee gescheiden spoorwegverbindingen met elk een eigen station. Aan de westkant lag Willemspoort, het eindstation van de lijn naar Haarlem. In 1869 werd daarom opdracht gegeven voor de aanleg van het Centraal Station op een kunstmatig eiland in het IJ.
Voordat het station Amsterdam Centraal werd gebouwd, had Amsterdam twee gescheiden spoorwegverbindingen met elk een eigen station. Aan de westkant lag Willemspoort, het eindstation van de lijn naar Haarlem. Aan de oostkant lag het station Weesperpoort, eindstation van de Rijnspoorweg (Utrecht – Arnhem – Keulen). Om een samenhangend spoorwegnet in ons land op te zetten voerde de regering de Spoorwegwet in. Voor Amsterdam betekende dit een verbinding met Den Helder en de bouw van een centraal personen- en goederenstation, waar de bestaande en nieuwe lijnen samen kwamen. Het vinden van een geschikte locatie hiervoor was geen gemakkelijke opgave. Eén van de plannen werd het Open Havenfrontplan genoemd. In het IJ, recht tegenover het Damrak, zouden drie eilanden worden aangeplempt waarop het station zou worden gebouwd. In Amsterdam ontbrandde een felle discussie over dit plan. Het bezwaar van de tegenstanders was dat het station een barrière zou zijn voor de scheepvaart en zij vreesden zo een verdere teruggang van de havenactiviteiten. De voorstanders meenden dat de komst van het station en de verbeterde treinverbindingen juist gunstig zouden zijn voor de economie. De regering in Den Haag, die duidelijk een voorkeur had voor dit plan, hield ondanks het verzet van Amsterdam tegen het plan voet bij stuk.
In 1869 werd daarom opdracht gegeven voor de aanleg van het Centraal Station op een kunstmatig eiland in het IJ. De aanleg van het stationseiland, stationsgebouw en emplacement heeft twintig jaar geduurd. Vooral de aanleg van de fundering was problematisch; 9000 palen werden geheid om de bouwwerken een stevig fundament te geven. Met de uitvoering van het plan werd de binnenstad afgesloten van het IJ.
In 1875 kregen de architecten P.J.H. Cuypers en A.L. van Gendt de opdracht om het stationsgebouw te ontwerpen. Het gebouw is duidelijk in de stijl van Cuypers’ andere ontwerpen (o.a. het Rijksmuseum) gebouwd: klassiek en rijk versierd. Het stationsgebouw bestond naast de wachtruimtes - met speciale accommodatie voor de koninklijke en buitenlandse reizigers - uit kantoren voor het spoorwegpersoneel, een plaatskaartenbureau, verspreid gelegen loketten en een kapperszaak.
In 1920 werd de oostelijke vleugel van het stationsgebouw afgebroken voor het Pakketpostgebouw, dat door de zoon van Cuypers is ontworpen.