Die „Königlich Hannöverschen Staatseisenbahnen“ eröffneten am 1. Mai 1847 die Strecke von Hannover nach Harburg (heute Hamburg-Harburg). Harburg gehörte damals zum Königreich Hannover und war deren einziger Hafen. Erst durch die Annexion Hannovers durch Preußen war der Weg für eine Eisenbahnverbindung über die Elbe nach Hamburg frei. Die Elbbrücke wurde 1872 in Betrieb genommen. Das für die im Königreich Hannover typisch im klassizistischen Baustil errichtete Empfangsgebäude ist noch weitgehend erhalten. Auf der Kleinbahn Winsen-Hützel begann der Eisenbahnverkehr am 20. Juli 1906. Sie hatte ein eigenes Empfangsgebäude in Winsen. Der Personenverkehr auf der Strecke wurde am 30. Mai 1970 eingestellt. Heute gibt es eine Museumseisenbahn auf dieser Strecke. Am 1. April 1912 eröffnete die Kleinbahn Winsen–Niedermarschacht den Eisenbahnbetrieb. Auch hier stellte man den Betrieb 1996 endgültig ein. Die Strecke Hannover-Hamburg wurde 1965 durchgängig elektrifiziert. 1984 begann der Zugverkehr mit 200 km/h. Zwischen 2009 und 2014 wurde die Strecke dreigleisig ausgebaut. Durch den Bau der Schallschutzwände, die direkt an das Empfangsgebäude anschließen, wird das Aussehen des Empfangsgebäudes stark beeinträchtigt.