Der Hauptbahnhof ist der größte Bahnhof in Frankfurt am Main und einer der am meisten frequentierten Bahnhöfe in Europa. Der Bahnhof wurde 1888 als „Centralbahnhof Frankfurt“ eröffnet und ist ein Kopfbahnhof, bei dem die Fernzüge nicht durch den Bahnhof hindurchfahren, sondern aus ankommender Richtung zurückfahren müssen. Aufgrund seiner zentralen Lage bezeichnet die Deutsche Bahn AG ihn als wichtigste Verkehrsdrehscheibe im deutschen Zugverkehr.

Der Hauptbahnhof Frankfurt wird im Schnitt täglich von rund 493.000 Reisenden und mehr als 1.000 Zügen pro Tag angesteuert. Neben dem Hauptbahnhof hat die Stadt mit dem Südbahnhof, dem Westbahnhof und dem Flughafen-Fernbahnhof drei weitere Fernbahnhöfe. Unter dem Bahnhofsgebäude befinden sich ein viergleisiger S-Bahnhof und ein U-Bahnhof, mit denen der Anschluss an das innerstädtische und regionale Schnellbahnnetz hergestellt ist. Vor dem Hauptbahnhof befinden sich Haltestellen für die Straßenbahn sowie der zentrale Omnibus-Bahnhof (ZOB Frankfurt).

Der Frankfurter Hauptbahnhof liegt im Stadtteil Gallus am südwestlichen Ende des Alleenrings. Der Bahnhof ist über die sogenannte „B-Ebene“ an das Bahnhofsviertel angeschlossen. Das Gebäude wird im Süden durch die Mannheimer Straße, im Norden durch die Poststraße und im Osten durch den Platz Am Hauptbahnhof begrenzt. Im Westen liegt das Gleisvorfeld mit seinen 25 parallel verlaufenden Gleisen.

Der Hauptbahnhof wurde seit der Inbetriebnahme vielfach umgebaut und erweitert. Im Zweiten Weltkrieg wurde der Bahnhof durch Luftangriffe schwer beschädigt, doch die Kriegssschäden wurden nach und nach beseitigt.

Zwischen 1968 und 1970 stand im Raum, den Hauptbahnhof und das Gleisvorfeld großflächig mit Hochhäusern zu überbauen. Diese Pläne fanden jedoch keine Anwendung.

Mit dem B-Tunnel der Frankfurter U-Bahn in der Innenstadt begann 1971 der Bau der unterirdischen Bahnanlagen. Als Verteilungsebene entstand eine große Ladenpassage (B-Ebene), von der aus zwei je viergleisige Schnellbahnhöfe – ein U-Bahnhof (C-Ebene), sowie ein S-Bahnhof (D-Ebene) – und eine dreigeschossige Tiefgarage (die zum Teil auch als Zivilschutzraum genutzt werden kann), durch zahlreiche Gänge und Treppen erschlossen wird.

In den 1980er und 1990er Jahren wurden verschiedene Varianten von unterirdischen Durchgangsbahnhöfen diskutiert. Das daraus hervorgegangene Konzept Frankfurt 21 aus dem Jahr 1996 sah vor, den Frankfurter Hauptbahnhof in einen zwölfgleisigen Durchgangsbahnhof umzubauen. Auch der Hochhausentwicklungsplan 1998 nahm dieses Konzept auf und sah mit dem Parkviertel eine Bebauung des Gleisvorfelds durch zahlreiche Wolkenkratzer vor. Das Projekt wurde jedoch 2001 wegen fehlender Finanzierung zurückgestellt.

Derzeit ist langristig der Bau eines Fernbahntunnels für den Frankfurter Hauptbahnhof geplant. Die Bundesregierung hat vorgeschlagen von der Offenbacher Stadtgrenze zur Niederräder Mainbrücke einen entsprechenden Tunnel zu errichten. Dieser Tunnel würde den Frankfurter Hauptbahnhof für viele Linien des Fernverkehrs zum Durchgangsbahnhof machen. Das Projekt ist im „vordringlichen Bedarf“ des Bundesverkehrswegeplans 2030 enthalten und soll laut Schätzung circa 3,5 Milliarden Euro kosten.