基隆新竹間的鐵路，在1887（光緒13）年臺灣巡撫劉銘傳實施新政時即開始鋪設，1893(光緒19)年11月基隆至新竹全段通車，總長106.7公里，臺北新竹間則有78.1公里。之後，繼任巡撫的邵友濂，採取緊縮政策，以籌款困難、工程艱鉅為由，奏請停止繼續興建，使劉銘傳的縱貫鐵路計畫中斷。1895（光緒21）年臺灣割讓日本，同年5月29日日軍自澳底登陸，隨即進行軍事行動，6月22日由東門城樓進入新竹城。在這段期間，日軍往南挺進時，陸續搶修因戰事而受損、停頓的鐵路系統，以供軍事運輸之用。臺北新竹間的鐵路，也在7月2日恢復運轉。日治初期之臺灣總督府，認為清光緒年間所築造的基隆新竹間鐵路的工程品質有問題，所以計畫進行該路段的改良工程，更計畫往南陸續興建。總督府根據劉銘傳時期的計畫路線進行調查，結果因為新竹香山間的工程艱鉅，困難重重，不久即被擱置。1898（明治31）年總督府為求全盤開發臺灣，以吸引日本官商資本進入，除基隆新竹段的整建工程外，再度計畫並籌款興建新竹至打狗（高雄）的縱貫鐵路工程，次年（1899）更成立「臨時臺灣鐵道鋪設部」，陸續整建並往南新建縱貫鐵路。1901（明治34）年完成臺北經艋舺、樹林、鶯歌到桃園的新線，取代由大稻埕過淡水河，經龜崙嶺到桃園的舊線。1902（明治35）年新竹中港段完成，次年5月25日中港苗栗段完工。再採南北兩端同時施工的方式進行，經過十年建設，在1908（明治41）年4月20日，基隆到打狗全線通車，堪稱是臺灣近代交通史上一項劃時代的工程。初建的新竹火車站（1893），設於枕頭山下（今玻璃工藝博物館一帶），當時稱「新竹票房」，為土埆造建築。臺灣割日後（1895，明治28），經日本軍方搶通，臺北新竹段在同年7月2日恢復運轉，但僅作為軍事運輸之用。之後，該車站遭抗日軍焚毀，1896(明治29)年7月5日方恢復客貨運輸，但也另建新車站於今新竹火車站站址，日治時期稱「新竹驛」，新建的站房建坪僅44坪。今日新竹火車站建築本體，包括以鐘塔為主的候車大廳及連接售票大廳之側體，完成於1913（大正2）年3月31日，屬加強磚造建築，由日人松ケ崎萬長設計建造，總工程費22,500元。1928（昭和3）年3月25日右側增建事務室（即辦公室），但1945（昭和20）年5月15日遭盟軍轟炸，事務室部份毀損，1947（民國36）年經臺灣省政府撥款整修，1948(民國38)年初整建完成，包括右側延伸之辦公室、會議室，也增建左側列車車班站房等空間。1966（民國55）年因應本線、支線（內灣線，1951年9月通車）激增的貨運量與繁忙的調車業務，更配合臺灣肥料公司新竹廠擴建後之運輸需要，擴建貨運站，即今最右側之行李房。1969（民國58）年6月完成啟用，客貨業務正式分開。新竹火車站，屬後期文藝復興建築，兼有巴洛克風格與德式歌德風，是縱貫鐵路上長老級火車站，長久以來一直是新竹市地標，深具歷史與藝術價值，1998（民國87）年6月23日經臺灣省政府核定為省定古蹟。