É uma das mais famosas estações de trens do Brasil. Até o ano de 1998 se chamava Estação Dom Pedro II, denominação pela qual ainda é também conhecida. O primeiro prédio foi construído em 1858 para inaugurar a linha da Estrada de Ferro Central do Brasil, a "Estação do Campo". Com o tempo teve seu nome alterado para estação da Corte e, mais tarde, Dom Pedro II. A estação hoje se chama Central do Brasil devido à antiga ferrovia extinta em 1971 por decisão da RFFSA. Este já era o nome informal da estação, e passou a oficial depois do filme a que deu nome, com cenas rodadas na estação, pelo qual Fernanda Montenegro concorreu ao Óscar de melhor atriz, em 1998. O prédio construído em 1858 foi reformado anos mais tarde e finalmente demolido nos anos 30, para dar lugar ao atual, em razão das obras de eletrificação e expansão do sistema.

O novo edifício-prédio sede da Estrada de Ferro Central do Brasil, inaugurado em 1937, originalmente previa apenas uma ampliação e mais quatro andares; foi o arquiteto húngaro-brasileiro Geza Heller o principal inspirador que incluiu 32 andares e quatro relógios distribuídos na fachada. Por muitos anos, até o início da década de 1990, várias composições que partiam da estação, ligavam o Centro do Rio de Janeiro aos estados de Minas Gerais e São Paulo. Houveram épocas em que outras composições, que faziam serviços intermunicipais de média distância, partiam da estação rumo ao município fluminense de Mangaratiba, situado na região litorânea da Costa Verde brasileira. Dela hoje saem composições de diversas linhas, ligando o Centro aos demais bairros da Zona Norte e Oeste do Rio de Janeiro, e também aos municípios da Baixada Fluminense, inclusive a Linha Saracuruna, do qual originalmente saíam da garagem de Barão de Mauá, por pertencerem à antiga Estrada de Ferro Leopoldina. Há vários anos existia um ramal para a Estação Marítima, que foi desativado na década de 1980. O trecho por onde as composições passavam no Túnel da Marítima hoje é parte da Linha 2 do VLT do Rio de Janeiro.