Tijdens de eerste aanleg van spoorlijnen door de Staat worden standaardstations in vijf verschillende klassen gebouwd. Tijdens de aanleg van de spoorlijnen zijn diverse nieuwe uitvoeringen ontworpen. Zo komen er in 1865 twee nieuwe ontwerpen voor het type derde klasse. Terwijl één uitvoering in zo’n tien plaatsen verschijnt, komt het andere ontwerp alleen in Meppel, Enschede en Hengelo te staan.
In Hengelo is in oktober 1865 een tijdelijk stationsgebouw aan de spoorlijn Almelo – Salzbergen in gebruik genomen. Een maand later vormt het station ook het voorlopige eindpunt van de Staatslijn uit Zutphen. In juli 1866 zijn zowel de Staatslijn naar Enschede als het stationsgebouw gereed. Het symmetrische gebouw heeft een hoog middendeel en aan beide zijden een lage zijvleugel. Naast de zijvleugels staan vrijstaande gebouwtjes. De ene is in gebruik als berging, in de andere bevinden zich de toiletten. Beide gebouwtjes zijn met een muur aan het stationsgebouw verbonden.
Het gebouw is in 1898 gesloopt om plaats te maken voor de verhoging en uitbreiding van het emplacement en de bouw van een nieuw stationsgebouw. Hengelo krijgt in de tussentijd opnieuw een eenvoudig tijdelijk stationsgebouw. In 1899 wordt het nieuwe stationsgebouw in gebruik genomen. Het asymmetrische gebouw heeft een grote poortachtige ingangspartij. Deze biedt toegang aan de stationshal en tunnel naar het brede eilandperron. Aan beide zijden van het levendig vormgegeven gebouw staat een torentje dat als trappenhuis dient. De grote toren aan de rechterzijde leidt naar de woning van de stationschef. De kleine toren aan de linkerzijde van het gebouw biedt toegang tot de kleinere woning van de adjunct-chef. In 1902 zijn ook de perrongebouwen en de imposante perronkap gereed. De overkapping bestaat uit geklonken stalen vakwerk-kniespanten, verbonden met dwarsliggers. De zijkanten van de 300 meter lange kap zijn met glas dichtgezet.
In 1944 raakt het stationgebouw tijdens een bombardement zwaar beschadigd. De benedenverdieping is na de oorlog hersteld om als tijdelijk station dienst te doen. In 1951 neemt NS rechts van de restaten van het oude gebouw het nieuwe stationsgebouw van Hengelo in gebruik. Het is een typisch sober betonnen wederopbouwstation waarvan diverse varianten in de grotere steden boven de rivieren verschijnen. De gebouwen bestaan door materiaalgebrek voornamelijk uit een gewapend betonnen skelet, opgevuld met prefab betonnen elementen. Het stationsgebouw van Hengelo heeft de traditionele vorm van een middendeel met etree en twee zijvleugels. Het gebouw biedt via een ruime ingangspartij toegang tot de nieuwe reizigerstunnel naar het eilandperron. Deze ligt, in aansluiting op het nieuwe ontvangstgebouw, een stuk westelijker dan de oude tunnel. Rondom de ingangspartij staan betonnen zuilen. Een ranke klokkentoren annex schoorsteen vormt net als bij de meeste soortgelijke stationsgebouwen een herkenningspunt. Terwijl de monumentale overkapping de oorlog overleeft, zijn de gehavende perrongebouwen wel vervangen.
In 1990 is de reizigerstunnel naar de zuidzijde van het emplacement doorgetrokken. Twintig jaar later is ook de goederentunnel omgebouwd tot reizigerstunnel. Beide tunneldelen komen samen ter hoogte van de trappen naar het perron. Hier komt een brede vide. De tunnel naar de zuidzijde van het station is, net als de ingang aan deze zijde, bij de verbouwing aanzienlijk verbreed. Intussen is de perronoverkapping in 1999 benoemd tot Rijksmonument.
Op de foto boven dit artikel het stationsgebouw van Hengelo op 6 juli 2013.