Odense Banegård Center er opført som en trefløjet bygning. Mod syd langs med Østre Stationsvej ligger der en lang bygning, der blandt andet rummer Odense Centralbibliotek, 7-Eleven og McDonald's. Desuden er der rulletrapper og elevatorer op til centret, der ligger på tværs over bybusterminalen og jernbanesporene. Centret rummer blandt andet Søstrene Grene, BioCity, Forex, Bager From, 7-Eleven, Baresso, Sunset Boulevard og Dunkin' Donuts. Desuden driver DSB et billetsalg her. Den tredje fløj mod nord ved Dannebrogsgade er et parkeringshus, hvor busselskabet FynBus desuden har et salgssted. Derudover er der en rutebilterminal på denne side af sporene. Centret ejes af ATP Ejendomme, DSB og Odense Kommune.

Banegården som sådan har seks spor (nummereret 3 til 8). Spor 1 til 2 er ikke i brug (til persontog), da de efter indvielsen af den nye banegård ikke længere er tilgængelige. Spor 7 og 8 anvendes først og fremmest til regionaltogene til Ringe og Svendborg. Mod vest er der opstillingsspor og et område for arbejdskøretøjer. Mod nord ligger Danmarks Jernbanemuseum i og omkring den gamle rundremise.

Den første, ydmyge jernbanestation i Odense åbnede i september 1865 og var tegnet af N. P. C. Holsøe. Forud for åbningen var gået en større lokal strid om, hvor man skulle placere banegården, og Odenses borgerskab med bankdirektør Lorenz Bierfreund og grosserer Wilhelm Petersen i spidsen gik af med sejren.

Banegården kom til at ligge nord for Kongens Have, som dengang var ejet af staten. Adgangen til banegården foregik dels fra Nørregade og dels fra det sted, hvor Kongensgade gik over i Rugårdsvej – med andre ord ad Østre og Vestre Stationsvej. Således undgik man magistratens ønske om at få banegården placeret længere mod øst, i Kræmmermarken (ved den nuværende Østergade). Placeringen nord for Kongens Have var nærmere ved byens centrum, men blev først tidssvarende, da kommunen i 1890'erne åbnede en forbindelsesvej til centrum med navnet Jernbanegade.

I 1880'erne var banegården blevet for lille til den øgede trafikmængde, og en udvidelse fulgte derfor i 1885. Fyens Stiftstidende kunne oplyse, at tegningerne til udvidelsen var udarbejdet på overbaneingeniøren, oberst William August Thulstrups kontor efter dennes „anvisning og smag“ og med assistance af arkitekt, kaptajn Thomas Arboe. Også denne banegård blev med tiden for lille og blev erstattet af en ny i 1914.[1] Banegården fra 1865 blev endeligt revet ned i 1957 efter at den var blevet beskadiget af en brand på godsbanen.

Ombygningen skabte en af de mest særprægede banegårde i landet. De tilføjede bygningsdele var ganske vist tilpasset Holsøes bygning, men bygningens nye dominerende elementer, de karakteristiske tårne og spir, var i deres efterligning af maurisk eller byzantinsk stil nærmest minaretagtige. Fyens Stiftstidende var begejstret over det arkitektoniske udtryk i den renoverede bygning, betegnede arkitekturen som livlig og med en „storartet og imponerende facade“.

Den blev 1913-14 erstattet af en ny banegård, placeret ca. 200 meter øst for sin forgænger. Den er tegnet i nybarok stil af Heinrich Wenck. I dag er der kontorer i banegårdsbygningen fra 1914. I sommeren 2013 genåbnede Odense Musikbibliotek i den gamle afgangshal, men det er nu blevet inkorporeret i Odense Centralbibliotek.

Den 15. september 1995 åbnede det nuværende banegårdscenter næsten ved siden af sin forgænger.

På Østre Stationsvej udfor den sydlige side af stationen er der anlagt en ny letbanestation som en del af Odense Letbane. Letbanestationen består af to spor med hver sin sideliggende perron. Området er desuden fredeliggjort, idet biltrafikken ledes ad Adamsgade gennem den hidtidige bybusterminal. Busser i østlig retning kører også ad Adamsgade, mens dem mod vest kører ad Østre Stationsvej ved siden af letbanen. Spor- og vejarealet på Østre Stationsvej er endvidere forsynet med en ny flisebelægning for at give området en særlig identitet.[2][3][4] Letbanestationen forventes at åbne sammen med letbanen i foråret 2022.[5]

• Nordfyenske Jernbane NFJ (Odense-Bogense), 30. juni 1882 – 1. april 1966
• Odense-Kerteminde-Martofte Jernbane OKMJ 5. april 1900/26. februar 1914 – 31. marts 1966
• (Odense-Nørre Broby-Fåborg Jernbane) ONFJ 3. oktober 1906 – 22. maj 1954
• Nordvestfyenske Jernbane OMB (Odense-Brenderup-Middelfart), 5. december 1911 – 31. marts 1966