Pembukaan jalur Rhijnspoorweg yang dibangun dan dioperasikan oleh Nederlandsche Rhijnspoorweg-Maatschappij (NRS) membawa Arnhem lebih dekat ke seluruh kota di Belanda. Awalnya, jalur ini akan dibangun di sepanjang Sungai Rhein, yang memungkinkan pertukaran yang baik antara pelayaran dan kereta api. Selain itu, jalurnya tidak harus melewati lanskap perbukitan di utara Arnhem. Namun demikian, Eksekutif Provinsi memutuskan untuk memilih varian yang terakhir.
Jalur kereta itu dibuka pada tanggal 14 Mei 1845. Awalnya, stasiun ini hanya memiliki jadwal 3 kereta per hari antara Utrecht dan Arnhem. Perpanjangan jalur Rhijnspoorweg ke Jerman dibuka pada tanggal 15 Februari 1856. Jalur Staatslijn A dibuka pada tanggal 1 Februari 1865. Jalur kereta api ketiga Arnhem, jalur Arnhem–Nijmegen dibuka pada 12 Juni 1879.
Gedung stasiun mengalami kerusakan selama Pertempuran Arnhem pada bulan September 1944. Pada tanggal 8 Mei 1954, gedung stasiun baru yang dirancang oleh H.J.G. Schelling, dibuka.
Sejak akhir 1980-an dan seterusnya, muncul ide untuk mengganti stasiun Arnhem dengan stasiun baru yang lebih besar. Baru pada tahun 2006, rekonstruksi seluruh area stasiun dimulai.
Pada tanggal 1 Oktober 2006, sebuah gedung stasiun sementara dibuka kurang lebih 200 meter sebelah timur gedung stasiun lama. Stasiun sementara ini terhubung ke sisi timur dari tiga peron melalui jembatan penyeberangan. Gedung stasiun lama baru dibongkar pada akhir tahun 2007. Beberapa sisa gedung stasiun lama (seperti pintu masuk Sonsbeeken) dipindahkan ke Park Presikhaaf pada tahun 2010 untuk dijadikan rumah teh.[1][2]
Pada tanggal 2 Juli 2011, terowongan baru di bawah peron dibuka. Pintu masuk sementara ditutup dan dibongkar pada musim gugur di tahun itu. Di masa ini, jalur kereta api hanya terdiri dari 4 peron, termasuk jembatan penyeberangan yang menghubungkan semua peron.
Pembukaan kembali resmi gedung stasiun baru yang telah selesai dibangun dilakukan pada tanggal 19 November 2015. Di hari itu pula nama stasiun tersebut berganti nama menjadi Arnhem Centraal, yang sebelumnya hanya Arnhem.[3]
Desain baru stasiun kereta api ini dibuat oleh UNStudio,[4] bekerja sama dengan Cecil Balmond di Arup AGU. Desain stasiun ini memenangi penghargaan Nationale Staalprijs.
Layanan bus berangkat dari terminal bus tertutup di bawah menara Essent dan dari area di depan pintu masuk utama stasiun. Arnhem terkenal karena memiliki satu-satunya layanan bus troli di Belanda. Mereka beroperasi di sejumlah layanan kota.
Layanan bus ini dioperasikan oleh berbagai operator; layanan kota dioperasikan oleh Breng dan layanan regional oleh Breng, Arriva, dan Syntus.
KLM juga mengoperasikan layanan bus untuk penumpang KLM dari stasiun kereta api ke Bandara Schiphol.[5]