In de loop van de jaren is er het nodige aan het stationsgebouw verbouwd. Aan het begin van de jaren twintig wordt het station flink uitgebreid. Aan het stationsgebouw verandert ook het nodige. De lage rechter goederenvleugel, naast het Koninklijk Paviljoen, werd gesloopt om plaats te maken voor het stationspostkantoor. Dit gebouw is een ontwerp van J.th. J. (Joseph) Cuypers, inderdaad de zoon van… Zijn vader af hem daarbij advies. Dit postkantoor heeft tot de jaren zestig dienstgedaan. Daarna verhuisde het postkantoor naar een nieuw pand aan het Oosterdok, vlak naast het station.
In de jaren dertig wordt het spoor in Amsterdam-Oost opgehoogd. Vanaf het Centraal Station en het nieuw te bouwen Amstelstation werd het spoor verhoogd aangelegd. Om de Rietlanden per spoor bereikbaar te houden wordt het viaduct over de Nieuwe Vaart op twee verschillende hoogten gebouwd, een situatie die tot op de dag van vandaag nog bestaat. Over het Oosterdok werden rolbasculebruggen gebouwd. Ook wordt het spoor geëlektrificeerd.
In de jaren 1954-1956 werd de stationshal gemoderniseerd en werd de ingang van het gebouw gewijzigd. Vanaf de jaren zeventig wordt de beveiliging gemoderniseerd. De karakteristieke seinbruggen ten westen en oosten van het station verdwijnen, en ook worden diverse seintorens gesloopt. Alleen de seintoren op het vijfde perron blijft nog een tijdje in gebruik.
In 1974 werd het station Rijksmonument. Korte tijd later startte een omvangrijke restauratie van Het Centraal Station.
Aan het einde van de jaren zeventig wordt in Amsterdam de metro aangelegd. Het metrostation komt echter niet onder het Centraal station te liggen maar een eindje er vandaan. Vanaf 1980 begint een omvangrijke renovatie waarbij vooral de stationshal flink wordt aangepakt, maar ook de ingang van het stationsgebouw ondergaat (wederom) een wijziging. De tunnelingang, die in de jaren vijftig was gebouwd, verdwijnt weer en de oorspronkelijke toegangen worden weer in ere hersteld. In plaats van de originele houten deuren werden nu moderne automatische schuifdeuren geïnstalleerd. Tevens worden de luifels boven de ingang en langs de zijvleugels gerestaureerd..

Boven: Het Centraal Station aan het einde van de jaren zeventig. De bus stopte toen nog voor de hoofdingang.
(dia, eigen collectie)

Onder: Het emplacement van het Centraal Station in de periode 1908-1920