W drugiej połowie XIX wieku dworzec Kraków Główny był stopniowo modernizowany i powiększany ze względu na rosnący ruch kolejowy: połączenia z innymi odcinkami sieci przyczyniły się do tego, że w latach 1869–1871 dobudowano do pierwotnego gmachu nowe skrzydło, sięgające bliżej torów i placu przydworcowego, co znacząco powiększyło jego kubaturę i wymusiło reorganizację przestrzeni obsługi pasażerów.
Kolejne modernizacje miały miejsce w latach 1892–1893 (budowa żelbetowego tunelu pod peronami) i 1920 (rozbudowa). Równocześnie powstawały elementy infrastruktury przydworcowej, jak m.in. hala peronowa (ok. 1870, zastąpiona przez nową halę ok. 1895), parowozownia z warsztatami, osiedle dla pracowników kolei (realizowane etapami 1869–1925), wiadukt nad ul. Lubicz (1898, autorstwa Teodora Talowskiego), wieża wodna (najnowsza ok. 1925) czy drukarnia kolejowa (1927). W latach 30., w związku m.in. z budową linii kolejowej do Kielc i Warszawy, całkowicie przebudowano układ torowy dworca, burząc halę dworcową i zwiększając liczbę peronów. W tej postaci dworzec przetrwał przez kolejne kilkadziesiąt lat. W 1934 r. zbudowano dodatkowy wyspowy peron, a halę wjazdową rozebrano, zastępując ją zadaszeniami spawanymi w zakładach Zieleniewskiego. W okresie międzywojennym stacjonowały tu m.in.