Mit Eröffnung der 101 km langen Gesamtstrecke der Niederelbebahn von Hamburg- Harburg nach Cuxhaven am 11. November 1881 begann das Eisenbahnzeitalter auch in Cuxhaven. Zu dieser Zeit gehörte Cuxhaven zu Hamburg. Am 1. Juni 1896 wurde die 43,23 km lange Eisenbahnstrecke von Wesermünde (Lehe) nach Cuxhaven in Betrieb genommen. (Wesermünde gehört heute zu Bremerhaven). Das Empfangsgebäude war ein eingeschossiges Backsteingebäude, das 1910/11 um ein Obergeschoss erhöht wurde. Dieses Gebäude existiert noch direkt neben dem heutigen Empfangsgebäude. 1897 wurden die Gleisanlagen erweitert und ein neues Empfangsgebäude am 30. Juni 1898 eröffnet. Das alte Stationsgebäude wurde als Bahnmeisterei und Übernachtungsgebäude weiter genutzt. Die Güterabfertigungsanlage ist ebenfalls bis heute erhalten geblieben. Bedingt durch den aufkommenden Ausflugsverkehr wurde 1906 die Vorhalle erweitert. 1908 entstanden drei Stellwerke im Bahnhofsbereich. 1910 stockte man das Stationsgebäude auf und erweiterte es zusammen mit der Güterabfertigung 1911. 1914 baute man einen zweiständigen Lokschuppen mit Drehscheibe und Wasserturm. 2004 sanierte die Deutsche Bahn AG den Bahnhof.