Der Bahnhof wurde mit der Eröffnung der viergleisigen Stadtbahn am 7. Februar 1882 dem Verkehr übergeben. Die Gleise der Fernbahn wurden am 15. Mai 1882 eröffnet. Die Fernbahn hielt nur in Charlottenburg, Friedrichstraße, Alexanderplatz und Schlesischer Bahnhof (heute Ostbahnhof). Die Stadtbahn ist ein fortlaufender viergleisiger 16 Meter breiter Viaduktbau. Er liegt ca. 6 Meter über dem Straßenniveau und ermöglichte einen kreuzungsfreien Bahnverkehr. Mit den Bahnhöfen der Stadtbahn, wurde ein völlig neuer Bahnhofstyp geschaffen. Dieser zeichnete sich durch die Höhenlage der Gleise, die mit einer Bahnhofshalle überspannt waren und durch die Funktion des Empfangsgebäudes unterhalb der Gleisanlagen aus. Mit der Stadtbahn wurde eine Verbindung zur Ringbahn geschaffen. Architekt des Bahnhofs Alexanderplatz war Johann Eduard Jacobsthal. Anlässlich des Besuchs des russischen Zaren Alexander I. wurde der Bahnhof 1805 in Alexanderplatz umbenannt. 1913 wurde die U-Bahn bis zum Alexanderplatz ausgebaut. 1928 erfolgte die Elektrifizierung. Zwischen 1926 und 1929 wurde eine neue Bahnhofshalle errichtet. Am 17. Januar 1931 wurde die erste Rolltreppe in Betrieb genommen. Im November 1943 zerstörte ein Bombenangriff den Bahnhof. Ab November 1945 wurde der S-Bahn Betrieb wieder aufgenommen. Der Wiederaufbau wurde 1951 beendet. Zwischen 1962 und 1964 wurde der Bahnhof dem sozialistischen Umfeld angepasst. Zwischen 1995 und 1998 erfolgte nochmals eine Umgestaltung, bei der die Veränderungen von 1962 komplett entfernt wurden.