Am 15. Juli 1867 eröffnete die „Oldenburgische Staatsbahn“ ihre erste, 44,4 km lange Bahnstrecke von Oldenburg nach Bremen-Neustadt. Gemeinsam mit der „Preußischen Staatsbahn“ wurde die Bahnverbindung von Oldenburg nach Wilhelmshaven am 18. Juli 1867 fertiggestellt. Dies geschah auf Drängen Preußens, das den Marinehafen in Heppens (heute Wilhelmshaven) schnellstens an das Eisenbahnnetz anschließen wollte. Am 15. Juni 1869 begann der Bahnverkehr von Oldenburg nach Leer (Ostfriesland). Damit war eine durchgehende Verbindung von Bremen zur Emlandstrecke entstanden. Die 108,1 km lange „Oldenburger Südbahn“ wurde zwischen 1870 und 1876 gebaut. Sie verband Oldenburg mit Osnabrück und wurde am 15. November 1876 in Betrieb genommen. Am 1. Mai 1896 begann der Personenverkehr auf der 32 km langen Bahnstrecke nach Brake (Unterweser), die 1979 stillgelegt und abgebaut wurde.Das erste Empfangsgebäude wurde 1867 in der Nähe des Flüsschens Hunte eröffnet. Ein umgebauter Güterschuppen, in dem sich die Fahrkartenausgabe befand und einem Wartesaal, mit Ausgang zum provisorisch überdachten Perron, mussten zunächst genügen. Ein Maschinenhaus mit Werkstatt vervollständigte die Station. 1868 kamen ein Wagen-, ein Materialschuppen, eine Wasserstation und ein Torfmagazin dazu. Die Lokomotiven der Oldenburgische Staatsbahn wurden mit Torf statt mit Kohle befeuert. Am 21. Mai 1879 wurde ein im Jugendstil errichteter Backsteinbau als erstes Empfangsgebäude eröffnet. Den Bahnhof erweiterte man bis 1911 mehrmals. Um neuen Raum zu bekommen, begann man mit dem Bau eines neuen Bahnhofs. Zwischen dem Abriss des alten und der Eröffnung des neuen Empfangsgebäudes gab bis 1915 einen provisorischen Bahnhof. Am 3. August 1915 eröffnete das neue Stationsgebäude. Es war für die damalige Zeit ein ungewöhnlich schlichtes Gebäude mit Elementen des Jugendstils. Dazu baute man noch die Bahnsteighalle.1916 kam dann direkt neben dem 34 m hohen Uhrenturm noch der Fürstenbau für den Großherzog hinzu. Der Bahnhof besaß nun auch ein Bahnbetriebswerk und einen eigenen Verschiebebahnhof. Das Bahnbetriebswerk schloss 1967, der Verschiebebahnhof 1976. Die Gleise wurden zurückgebaut.2005 sanierte die Deutsche Bahn AG das Stationsgebäude und die Bahnsteighalle.
Die Eisenbahn “kam” am 15. Juli 1867 nach Oldenburg. Also 32 Jahre nach der Eröffnung der ersten Eisenbahn von Nürnberg nach Fürth 1835. Oldenburg hatte zu diesem Zeitpunkt 13.100 Einwohner (Ende 2016 waren es 166.600 Einwohner).