Eind 1843 neemt de HIJSM het baanvak Voorschoten – Den Haag van de Oude Lijn in gebruik. Het voorlopige eindpunt in Den Haag krijgt een laag symmetrisch stationsgebouw met een enigszins verhoogd en naar voren staand middendeel. Voor het middendeel komt een bordes met zuilen. In het middendeel bevindt zich het plaatskaartenkantoor. In de zijvleugels komen de wachtruimtes, de woning van de stationschef en een goederenkantoor. In het verlengde van de zijvleugels komt een galerijmuur met een eindgebouwtje. In 1862 krijgt het station een 100 meter lange perronkap van giet- en welijzer. Met de komst van het station van de NRS in 1870, krijgt het station aan de Oude Lijn de naam Hollands Spoor.
Net als de andere oorspronkelijke stationsgebouwen langs de Oude Lijn is ook het stationsgebouw van Den Haag aan de Oude Lijn al na enkele decennia vervangen door een groter exemplaar. Om het regeringscentrum net als de hoofdstad van een representatief stationsgebouw te voorzien, laat de HSM een rijkversierd monumentaal gebouw ontwerpen. Tegelijkertijd wordt de spoorlijn als eerste in Nederland omhoog gebracht om vrije doorgang onder de sporen mogelijk te maken. Voor het eerst worden niet alle voorzieningen in het stationsgebouw ondergebracht, maar komt er een ruim opgezet eilandperron waarop diverse stationsfuncties te vinden zijn. Het verhoogde emplacement, inclusief eilandperron en perrongebouwen is in 1888 gereed. Hierna is het oude stationsgebouw gesloopt om ruimte te maken voor het nieuwe hoofdgebouw.
Het nieuwe stationsgebouw is in 1893 gereed en onder andere versierd met zuilen, pilasters, kapitelen, en frontons. Het hoge middendeel van het ontvangstgebouw krijgt aan beide zijden relatief lage torens met koepelvormige daken en een grote luifel. Naast de gebruikelijke voorzieningen krijgt het gebouw aan de linkerzijde een Koninklijk paviljoen met verschillende salons en andere ruimtes. Op de eerste verdieping komt aan de perronzijde een Koninklijke wachtkamer. Doordat het paviljoen min of meer een zelfstandig gebouw vormt, is het stationsgebouw niet symmetrisch. Vanuit de stationshal biedt een reizigerstunnel toegang tot het hooggelegen zijperron en het ruim opgezette eilandperron. In de drie grote perrongebouwen bevinden zich onder andere de wachtruimtes, restauratie en toiletten. De perrons en de sporen langs de perrons worden overdekt door twee imposante perronkappen van 170 meter lang. De kappen bestaan uit giet- en smeedijzeren elementen, hout en gekleurd glas. De perronkap uit 1862 verhuist naar de rechterzijde van het gebouw waar deze op nieuwe gietijzeren kolommen dienst gaat doen als overkapping voor rijtuigen. De vormgeving van de ruiten in de kap zodanig aangepast dat deze aansluit op de nieuwe kappen.
In 1907 is de noordzijde van het station aangepast aan de komst van de elektrische treinen van de ZHESM. Hier krijgt de zogenaamde Hofpleinlein van de spoorwegmaatschappij een overdekt perron met twee kopsporen en een eigen toegang vanaf de straat. Diezelfde periode krijgt de entree van het Koninklijk paviljoen een luifel.
In de periode 1949-1950 is het gebouw aanzienlijk gemoderniseerd. Hierbij zijn vrijwel alle versieringen uit het gebouw gesloopt. Zo verdwijnen de houten cassetteplafonds en puien, de pilasters, het beeldhouwwerk, de tegeltableaus en andere decoraties. Ook de klassieke lichtornamenten en lantaarns zijn vervangen door moderne exemplaren. In de hal komen betonnen kolommen om de druk van de overkapping tegen te gaan. De ruimtes tussen de kolommen wordt opgevuld met grijze tegels. In 1975 verhuizen de treinen van de Hofpleinlijn naar Den Haag Centraal en verdwijnen de kopsporen aan de noordzijde van de het gebouw. De overkapping is pas bij de renovatie in de jaren ’90 gesloopt.
In 1988 start NS met de renovatie van de perronkappen. In oktober 1989 is het middelste perrongebouw en een groot deel van de overkapping echter door brandstichting verwoest. Na enkele maanden is besloten om het perrongebouw en de kappen zoveel mogelijk in de historische staat weer op te bouwen. Hierbij is op een aantal punten van de gelegenheid gebruik gemaakt om andere constructies toe te passen. Zo rusten de perronkappen niet langer op het perrongebouw maar op zes betonnen wanden met stalen liggers. De restauratie van het perrongebouw en de kappen is eind 1991 gereed. Datzelfde jaar is het station benoemd tot Rijksmonument. Ruim een jaar later start de renovatie van het stationsgebouw en de reizigerstunnels. De stationshal krijgt hierbij weer een enigszins gedecoreerde stationshal, maar dan in een jaren ’90-uitvoering. Hierbij is gebruik gemaakt van roesvrij staal, roze graniet en beukenhouten plafonds. Ook komen er nieuwe tegeltableaus in 19e-eeuwse kleuren. De centrale reizigerstunnel is verbreed tot 10 meter en voorzien van liften. Aan de westzijde komt een brede tunnel voor langzaam verkeer en toegang tot de perrons. Boven de tunnel komen brede vides. De tunnel komt uit onder de voormalige rijtuigenkap, inmiddels de oudste bewaarde stationsoverkapping. In 1998 is de renovatie van het station gereed. De twee kleine perrongebouwen zijn in 2010 gerenoveerd.
In september 2020 is de naar de oostzijde van het station doorgetrokken reizigerstunnel officieel in gebruik genomen. Aan het nieuwe stationsplein komt een laag langgerekt entreegebouw met een grotendeels glazen wand. In het gebouw zijn vooral extra commerciële ruimtes ondergebracht. Op het dak komt een grote fietsenstalling. Na de opening van de nieuwe tunnel zijn de toegangen vanuit de tunnel voor langzaam verkeer aan de zuidzijde van het station gesloten.
Op de foto boven dit artikel de monumentale entree van Den Haag HS op 2 december 2023.