Delft is dankzij de Hollandsche IJzeren Spoorweg-Maatschappij al sinds 1847 via de zogenaamde Oude Lijn van Amsterdam via Den Haag naar Rotterdam bereikbaar per spoor. Het eerste eenvoudige stationsgebouw maakt in 1883 plaats voor een opvallend nieuw gebouw dat afwijkt van de eerdere stations van de HSM. Het levendig versierde gebouw is als eerste asymmetrisch is en bovendien het eerste stationsgebouw dat een toren heeft. Voor de drie deuren van het hoofdgebouw bevindt zich een bordes waarmee het hoogteverschil tussen de straat en de stationshal wordt overbrugd. Het gebouw heeft twee verschillende zijvleugels die weer twee verschillende eindgebouwen hebben. In 2015 gaan de sporen in Delft ondergronds en krijgt de stad een geheel nieuw stationsgebouw.

De vroegere spoorzijde van het Delftse stationsgebouw uit 1883 met een nieuwe perronkap met serre en Park Spoorloos op 14 april 2019.Delft breidt zich na de aanleg van de Oude Lijn ook aan de andere zijde van het spoor flink uit. Na de Tweede Wereldoorlog wordt, als oplossing voor het groeiend aantal verkeersopstoppingen tussen beide stadsdelen, de spoorlijn aan de noordzijde van het station over een lengte van 1,2 kilometer via een betonnen spoorviaduct door de stad geleid. De spoorwerken in Delft zijn in 1965 gereed.

Ruim 20 jaar later ontstaan de eerste plannen om de Oude Lijn tussen Leiden en Rotterdam en verder naar Dordrecht te verdubbelen van twee naar vier sporen. Het dubbelsporige viaduct dat dwars door Delft loopt, is hierbij één van de grootste uitdagingen. Terwijl het grootste deel van de spoorlijn tussen Leiden en Dordrecht in de jaren ’90 viersporig wordt, duurt het tot 2009 tot gestart wordt met de aanleg van een spoortunnel door Delft. Het tracé van de tunnel ligt grotendeels pal naast het bestaande viaduct. Ter hoogte van het station ligt de tunnel min of meer voor het oude stationsgebouw, onder het stationsplein. Hierna sluit het nieuwe tracé met een ruime boog op de bestaande spoorlijn aan.

Aan de perronzijde van het stationsgebouw bevindt zich een plaquette ter herinnering van de opening het spoorviaduct. Na de renovatie is het mozaiek naar de noordelijke zijgevel verplaatst. Delft, 2 februari 2014.Op 28 februari 2015 de eerste reguliere treinen door de nieuwe tweesporige tunnel. Tegelijkertijd met de opening van de tunnel is ook de nieuwe stationshal in gebruik genomen. De hal is onderdeel van een nieuwbouwcomplex bovenop de tunnel waarin ook het stadskantoor is ondergebracht. Bij de opening begin 2015 is het gebouw slechts gedeeltelijk voltooid. Na de opening van de 2,3 kilometer lange tunnel ishet viaduct gesloopt om plaats te maken voor de tweede tweesporige tunnel en het laatste deel van het stationsgebouw annex stadskantoor.

Als aandenken aan het spoorviaduct blijven ten noorden van het nieuwe stationsgebouw twee pijlers staan. Delft, 19 april 2019.Het oude stationsgebouw is na de sluiting omgebouwd tot restaurant en als zodanig in december 2018 in gebruik genomen. Bij de verbouwing zijn veel latere aanpassingen aan het gebouw ongedaan gemaakt. Zo is de oorspronkelijke hoofdopzet van het stationsgebouw weer als uitgangspunt genomen. De ontvangsthal vormt hierbij weer het hart van het gebouw met een bar onder het herstelde cassetteplafond. Ter hoogte van het vroegere plaatskaartenkantoor is de keuken te vinden. Aan beide zijden van de hal zijn de voormalige wacht- en dienstruimten ingericht voor horeca. De dertien oorspronkelijke toegangen aan de perronzijde zijn weer opengemaakt en vormen zo een eenheid met de nieuwe serre die onder de nieuwe perronkap is gebouwd. Op de plek van het emplacement pal achter het gebouw komt het terras en het verhoogde Park Spoorloos. Onder het park bevindt zich een fietsenstalling. Naast het grootste restaurant van de stad huisvest het gebouw op de verdieping ook enkele bedrijfsruimten. Het monumentale aanzicht van het station aan het stationsplein is hierbij volledig gekoesterd en nauwkeurig gerestaureerd. De kozijnen, daklijsten en dakkapellen zijn hierbij in de oorspronkelijke kleuren teruggebracht. Aan de spoorzijde komt over de gehele breedte van de kap een lichtstraat.

Het oude stationsgebouw in Delft op 2 februari 2014. Inmiddels zijn ook de contouren van het nieuwe stadskantoor/stationsgebouw duidelijk zichtbaar. Beide stationsgebouwen op 15 februari 2015. Het monumentale stationsgebouw op 15 februari 2015. Anderhalf jaar na de sluiting is er ogenschijnlijk weinig met het oude stationsgebouw gebeurd. Delft, 22 oktober 2016.