1872 eröffnete die Cöln-Mindener Eisenbahn den Bahnhof der damals noch selbstständigen Stadt Wilhelmsburg. Der alte Bahnhof befand sich jedoch weiter nördlich an der Thielenstraße.<ref>Lageplan 1906. In: ziegenbek.de. Abgerufen am 3. April 2020.</ref> 1889/90 folgte südlich davon der Bau eines Rangierbahnhofes, der nach der Betriebseröffnung des Rangierbahnhofes in Maschen stillgelegt wurde.<ref name="Wilhelmsburger Industriebahn">Niels Focken, Reinhard Höfer, Manfred Schulz, Hermann Westphal: Die Wilhelmsburger Industriebahn. Hamburger Hefte zur Eisenbahngeschichte, Folge 4. Freunde der Eisenbahn e. V., Hamburg 1992, S. 10.</ref>
Der heutige Bahnhof trug zunächst die Bezeichnung Harburg-Wilhelmsburg Nord, bevor er in Folge des Groß-Hamburg-Gesetzes zum 1. April 1938 in Hamburg-Wilhelmsburg umbezeichnet wurde.<ref>Deutsche Reichsbahn-Gesellschaft (Hg.): Amtsblatt der Reichsbahndirektion Mainz vom 14. April 1938, Nr. 19. Bekanntmachung Nr. 262, S. 110.</ref>
1983 wurde im Zuge des Baus der Harburger S-Bahn der heutige S-Bahnhof nahe der Neuenfelder Straße eröffnet.
Die S-Bahn ist mit der parallel verlaufenden Güterstrecke durch eine Überleitstelle verbunden. Am Abzweig Süderelbbrücken ist der Hafenbahnhof Hamburg Hohe Schaar mittels eines Gleisdreiecks an die Güterstrecke Maschen–Hamburg Süd angebunden. Im Bahnhof zweigen mehrere Anschlüsse der Hamburger Hafenbahn ab, unter anderem zur Peute.<ref name="DB Netz">DB Netz AG (Hrsg.): Hamburg-Wilhelmsburg. Gleise in Serviceeinrichtungen, Stand 1. Juli 2012, S. 6</ref>
Ehemaliger Rangierbahnhof
Der Rangierbahnhof wurde von der Preußischen Staatsbahn nach der Eröffnung des Hamburger Freihafens im Oktober 1888<ref name="Geschichte Freihafen">Behörde für Wirtschaft, Verkehr und Innovation (Hrsg.): @1@2Vorlage:Toter Link/www.hamburg.deGeschichte des Hamburger Freihafens. (Seite dauerhaft nicht mehr abrufbar, festgestellt im November 2024. Suche im Internet Archive(T)) Abgerufen am 6. August 2012.</ref> in den folgenden zwei Jahren gebaut. Er verband die Hamburger Hafenbahnhöfe mit den Bahnstrecken ins Ruhrgebiet sowie nach Mittel- und Süddeutschland. In zwei Zugbildungssystemen für den Import und den Export wurden die Güterzüge aufgelöst oder neu gebildet. Der Bahnhof fertigte bis zu 4000 Güterwagen täglich ab und beschäftigte etwa 2000 Eisenbahner.<ref name="Wilhelmsburger Industriebahn" /> Im Rangierbahnhof befand sich das Bahnbetriebswerk Hamburg-Wilhelmsburg. Mit der Inbetriebnahme des Rangierbahnhofes Maschen in den Jahren 1977 bis 1980 verlor der Rangierbahnhof Wilhelmsburg seine Aufgabe.<ref name="Rangierbahnhof Maschen">Deutsche Bundesbahn, Bundesbahndirektion Hamburg (Hrsg.): Der Rangierbahnhof Maschen. Gerhard Stalling AG, Druck- und Verlagshaus, Oldenburg (Oldb) 1975, S. 16, 17.</ref>
Benno Wiesmüller: Hamburg-Wilhelmsburg. In: Oliver Strüber [vorm. Erich Preuß] (Hrsg.): Das große Archiv der deutschen Bahnhöfe (= 39. Ergänzungsausgabe). GeraNova Zeitschriftenverlag, München 2002, ISSN0949-2127 (2 Bl., 8 S.).
