Der Bahnhof entstand aus dem Güterbahnhof Pluto-Thies, der 1856 für den Gleisanschluss der Zeche Pluto an die 1847 eröffnete Köln-Mindener Eisenbahn-Gesellschaft auf dem Feld des Bauern Storp errichtet wurde. 1864 kam ein Haltepunkt für den Personenverkehr hinzu. 1867 wurde eine neue Bahnhofsanlage für den Güterverkehr eröffnet, die, weil sich die umliegenden Orte nicht auf einen Namen einigen konnten, von der Bahnverwaltung nach einer Flurbezeichnung der Umgebung mit dem Namen Wanne versehen wurde. Dieser Name wurde 1875 bei Zusammenschluss der Orte Eickel, Bickern, Crange, Holsterhausen und Röhlinghausen zum Amt Wanne übernommen und hat sich bis in die Ortsbezeichnung Wanne-Eickel hinein erhalten.

Mit der Eröffnung der Eisenbahnstrecke nach Münster (Westfalen) am 1. Januar 1870 wurde der Bahnhof Wanne zum Eisenbahnknotenpunkt. 1913 wurden Bahnhofsgebäude und Betriebswerk umgebaut und erweitert.

Nach Bildung der kreisfreien Stadt Wanne-Eickel im Jahr 1926 wurde auch der Name des Bahnhofs in Wanne-Eickel Hbf geändert. Er entwickelte sich zum größten Rangierbahnhof des mittleren Ruhrgebiets und vereinte als einziger Bahnhof im Ruhrgebiet alle vier Betriebsarten: Neben seiner Funktion als Rangierbahnhof war er auch Heimatbahnhof für über 300 Lokomotiven und Triebfahrzeuge, Bahnhof für den Güter- und für den Personenverkehr.