汉口站位于中华人民共和国湖北省武汉市江汉区金家墩，毗邻二环线，是宁蓉铁路、汉丹铁路和武孝城际等线路的客运枢纽站。其票面车站代码为武B（武汉站是武C、武昌站是武A）。目前主要承担武汉枢纽内东西向始发列车和通过列车的客运业务，大部分沪蓉线及武西高速线列车在此站停靠；同时兼顾办理少量长江江北过路普速列车的客运业务。原汉口站始发数对普速列车，现已基本停运或迁往武昌站。
车站原名汉口大智门站，建于1899年。原址在现今武汉市江岸区京汉大道与车站路交会处，曾是京汉铁路南段重要的客运车站，1950年定名为汉口站，1991年10月搬迁至今址。
目前引入汉口站的线路有京广汉口联络线、汉口汉西联络线、汉丹线、沪蓉线（合武铁路和汉宜铁路）、武孝城际线。原汉口站中心里程位于京广线K1192+445m处，2010年改造后京广铁路正线在汉口站以北通过，汉口站由汉口联络线与丹水池站、由汉口汉西联络线与汉西站连接。本站借由武孝城际线连接武西高速线。
汉口火车站的历史可简单分为以下的三个时期：
车站始建于1899年，建成于1903年，新中国成立后定名为汉口火车站。该火车站是中国第一条长距离准轨铁路的大型车站，其主体建筑候车大厅年代较早，为中国近代铁路建设尚存的重要历史见证。
早在1897年京汉铁路初步规划之时，本站就在计划当中，但直至1899年1月，车站方才动工，1902年6月建成，时名“汉口大智门站”，站房由法国工程师设计。始建时为一单体二层法国式小楼。建站初期，站内有股道3条，站台2座及风雨棚1座。1905年11月12日，黄河铁桥落庆，芦汉铁路全通，清政府王公贵胄及有司官员自京师乘车前往汉口游览。1906年4月1日卢汉铁路建成，并在大智门站举行了通车典礼。
1911年辛亥革命后的阳夏战争期间，一如江岸站的命运，该车站亦在革命军及清军间几度易手。10月28日，冯国璋率军夺回车站。11月5日，冯国璋在站舍设置司令部，民军数次进攻皆失败，在此期间按车站受损严重。战后，初代站舍拆除，直到1914年才重新修复，此即为存在至今的二代站舍。1913年，重新修建2座站台及雨棚，并且修建了联络两座站台的地下通道。1914年，股道拓展为7条：正线1条、到发线2条、货物线2条、存车线2条。此外，在车站东北还有1条法租界线路以及通往三阳路的三阳路支线。1918年，交通部指定本站为中日联运站进行水陆联运。1921年，京汉铁路与粤汉铁路湘鄂段开通旅客轮渡联运。1923年二七大罢工期间，2月5日汉口督军张厚生以旅客需要回家过年为由，逼迫车站发售车票。随后，京汉铁路工会江岸分工会委员长林祥谦来到车站向旅客及汉口社会各界宣传罢工之正当性。1926年，改属平汉铁路管理局汉口办事处。
1931年8月武汉遭遇洪水之时，此车站也被部分淹没，3日晨，单洞门附近路基被冲毁，滠口至玉带门间停运。由于铁路路基较高，灾民纷纷在站台及铁路车辆内避难。9月5日方得以通车。1932年，在车站北头修建天桥一座。
1938年10月25日，日军占领汉口；次26日午，车站被日军第二野战铁道队、铁道第三联队占领。受战争影响，车站雨棚损毁严重，站内停靠之机车亦受损严重。1945年9月，日本投降，武汉区铁路管理局接管车站，但此时，车站号志、雨棚全毁，仓库毁坏一半。11月1日，汉口至郑州间恢复通车，在本站举行了通车仪式。1946年，又改交平汉区铁路管理局。1948年，车站西南侧的循礼门站并入该站。1949年，解放军攻下汉口，并由江岸站工人带队乘坐轨道车沿铁路进入汉口市区。同年，车站划归郑州铁路管理局汉口铁路分局。
1948年，京汉铁路汉口循礼门站并入本车站。1950年8月1日，车站定名为汉口车站，原大智门站成为“汉口客场”，简称“汉口场”；原循礼门站成为“汉口车站循礼门货场”，简称“循礼门场”。1950年代，连接京汉铁路和粤汉铁路的武汉长江大桥开工。其中先行工程——汉水铁路桥于1955年通车，京汉铁路从汉口站延伸至位于汉阳的长江大桥桥头工地。1957年武汉长江大桥通车，新武昌站启用。汉口站和武昌站成为武汉两大铁路客运站。同年，扩建候车室，将三阳路码头移交港务局后废除三阳路货场及走行用支线，并利用卸下来的枕木及轨条在车站客场货场间的正线旁修建复线，供循汉两场间车辆走行及循礼门场调车牵出。同年，长江大桥通车，因车站设施过小，此后旅客列车的终到始发逐渐交由武昌站承担。1958年10月，车站与武汉港、湖北省内航运局、湖北省公路局、湖北省装卸组成联运办公室，开展铁路、公路、水路间联运工作。
1960年，车站与江岸站 (湖北省)间改用半自动闭塞。1983年，由于客运编组扩大，汉口场停办货运并扩建，拆除北端天桥及1条存车线，延长3条到发线。至1991年车站搬迁前，汉口场有到发线3条，存车线1条，使用面积达7388平方米。由于站场条件受限，当时武汉大部分列车由武昌站始发终到，汉口站仅办理过路列车的客运业务:650。
1991年10月1日，新的汉口火车站建成后，循礼门场设立为单独的四等站，汉口场除正线及毗邻2站台变为汉口乘降所外，其余设施停止使用。1996年7月，汉口乘降所及京广附属线汉水桥线路所—永清街区间移交武汉市政府，旧站场除车站旧站舍及旁边一办公楼外其余设施全部拆除。2001年6月25日，旧汉口场站舍（大智门火车站）被国务院批准列入第五批全国重点文物保护单位名单。2006年5月底对旧站舍建筑进行检修，准备改建成武汉市第一个铁路陈列馆。
随着城市的发展与扩张，原京广线汉口段这种低成本的与地面平交的铁路建设方式，造成对城市的分割。作为京广铁路郑武段电气化工程的一部分，铁路部门计划在原汉口迂回线金家墩附近新建汉口站。汉口迂回线建于1955年，由丹水池经江岸西站至汉水桥线路所，1972年实现复线化。新汉口站于1987年4月11日动工，1991年4月21日建成，10月1日实施新老车站搬迁。同时，位于新汉口站以西的复兴湾站撤销，全体员工并入新汉口站。新汉口站投用后，又于1993年修建行包房一座，1994年又修建2条股道及第四站台，1996年建成。
此后连续4年，受到公路客运冲击，汉口新火车站年发送旅客不到200万人，只相当于3公里外新华路汽车客运站的60%。到1997年，车站仅有北至徐州、安阳，西至汉中、丹江口、襄樊等6对中短途低等级始发列车，没有一对开至省会城市。
1998年，全国铁路第二次提速前夕，武汉汽车客运站、码头、航空候车室和大专院校，经常有汉口站的工作人员进行市场调研。不久，一份增车调图意见呈给上级部门。调图提速后，车站增加往北京、广州等8趟始发终到长途列车。1998年10月1日，开通182次始发列车，联通华中地区和东北地区。2001年，开行到乌鲁木齐的始发列车。2004年开行扬州列车，改写武汉与南京不通火车的历史。
至2000年，汉口站为武汉枢纽内的一等客运站，办理武汉枢纽江北地区始发、终到和通过旅客列车的乘降作业，以及旅客行李、包裹、邮件的发到中转业务，共有15对始发终到列车。车站主站房建筑面积1.8万平方米，设有有1个售票厅、8个候车室，包括2个软席候车室、3个贵宾室、3个普通候车室，分上下两层，一次可容纳6500人；站场有4座站台、11条股道、2条旅客地道、1座进站天桥。站场衔接北京、广州、襄樊三个方向，京广下行正线横穿站场、上行正线外包；汉丹线则在西咽喉接轨。
随着客流的逐年增加，原汉口站容纳旅客的能力显得太小，急需扩容。而且根据车站分工，汉口站是沪汉蓉客运专线的专门配套车站。但是汉口站当时的主站房比较老化，站内的设施也陈旧，有的站台还不适合停靠高速列车，不能适应高速列车停靠站的需要。
汉口站于2008年10月22日开始进行扩建改造。车站改造总投资达13亿元人民币，包括对整个站房和站台仿造大智门站建筑风格进行进行重建。2008年10月21日9时36分，最后一趟始发列车：汉口至合肥的1616次列车发出后车站连夜大搬迁至临时车站：财神广场。财神广场一、二楼共有近1.5万平方米，财神广场过渡期间将长达1年半时间，直到新站房建成投入使用。
2009年4月1日，合武铁路开通，汉口站首开前往上海、南京等城市的动车组列车。
2010年春运期间，新汉口站投入使用。现为全国最大的欧式车站，并且由原来的一等站升级为特等站。2011年1月，与汉口站配套的汉口动车运用所投入使用。
2012年7月1日，宁蓉线汉宜段通车，结束了江汉平原没有干线铁路的历史。2012年12月，武汉枢纽C2拉通工程完工，京广高铁顺利实现与武汉铁路枢纽互联互通。此举意味着，来自京广高铁广州方向的动车组列车从此亦可无障碍直达汉口火车站。2012年12月28日，武汉地铁2号线开通，汉口站先于武汉站、武昌站加入武汉轨道交通网络。2014年7月1日，宁蓉线全线贯通，汉口站开行前往成都、重庆、恩施的动车组列车。
2016年12月1日，武孝城际铁路开通运营，汉口站开行前往天河机场、孝感东的城际动车组列车，车站于北侧新增4条股道。
2020年1月23日，因新冠肺炎疫情扩大，《武汉市新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控指挥部通告（第1号）》要求自当日上午10时起该站关闭，恢复时间另行通告。车站不再发送旅客，但仍办理到达及同站旅客中转服务。在封城两个多月后，3月28日零时起，汉口站正式恢复办理到达业务；4月8日零时起，恢复办理出发业务。
2020年7月，汉口站北广场开工建设。汉口站北广场主要位于车站北站房的西北侧，总用地面积4.8万平方米，并可连接武汉地铁12号线。预计2023年上半年建成投用
汉口站目前使用的站房于2010年投入使用，总建筑面积7.4万平方米，设计远期日发送旅客量达到20万人次。站房为欧式建筑风格，传承原汉口百年老站文脉；站房设“一主一辅”两座站房，南站房为主站房，并通过高架候车厅连接。将南站房两侧既有配楼改建为东、西售票厅，设40个窗口；新建12米宽柱廊。车站设有10座1.25米高站台，并通过16米宽地道与站房连接。站场上覆盖有无柱雨棚10.6万平方米。
汉口站站房仅开放南进站口，北进站口建筑虽已于2016年左右完工，但站前广场因京广铁路正线、地铁2号线与12号线等线路经过、产权复杂一直拖至2020年7月才动工。
进站安检大厅
中央通廊
高架候车厅
出站通道
汉口站设有18条到发线、2条正线；2座基本站台和8座中间站台，分为综合场和武孝场。汉口客车整备所、汉口折返段位于车站西侧，汉口动车所位于车站东侧。
京广客车线、宁蓉线和汉丹铁路上下行分线引入站场，而武孝城际铁路引入车站东咽喉，并利用站场北侧的武孝场——因此车站西咽喉从北向南依次为京广上行客车线、武孝场京广下行联络线、宁蓉上行线、汉丹下行线、机务段和客车整备所出入库线、汉丹上行线、宁蓉下行线和京广下行线；车站东咽喉自北向南依次为武孝场京广上行联络线、武孝城际线上下行、京广上行客车线、宁蓉上行线、汉口动车所出入库线、宁蓉下行线和京广下行线。
京广铁路正线不经过汉口站，于丹水池站分出客车线后并行于客车线以北，于车站北侧通过后在汉西站和京广下行客车线汇合。车站西侧设有汉口线路所，京广正线、汉丹正线、京广上行客车线和武孝场京广下行联络线在此交汇。
汉口站于汉宜铁路开通以后由独立客运车站接管汉宜铁路六站一所（吴家山线路所、汉川站、天门南站、仙桃西站、潜江站、荆州站、枝江北站），形成高铁车务段的管理模式。
地铁汉口火车站设于国铁车站的南广场，武汉轨道交通2号线经过此处。通过武汉轨道交通2号线和4号线可以去往武昌站和武汉站。
汉口站周边配套有两个公交站：一个是位于火车站南广场西侧的汉口火车站（公交枢纽），另一个是位于发展大道上的发展大道汉口火车站。
乘坐公交10路、561路可前往武昌站，乘坐公交610路可前往武汉站。公交10路、610路、703路还有夜行通宵车开行。
