Der Hamburger Bahnhof – Nationalgalerie der Gegenwart beherbergt reiche Sammlungen zeitgenössischer Kunst, die in einer Vielzahl von Ausstellungen gezeigt werden. Er ist das größte Haus der Nationalgalerie, deren umfassende Bestände außerdem in der Alten Nationalgalerie, der Neuen Nationalgalerie, dem Museum Berggruen und der Sammlung Scharf-Gerstenberg zu finden sind.
Wie schon aus dem Namen hervorgeht, diente der Hamburger Bahnhof einst einem gänzlich anderen Zweck. Als Endbahnhof der Bahnstrecke zwischen Hamburg und Berlin wurde er im Dezember 1846 in Betrieb genommen. Den spätklassizistischen Kopfbau hatte der Architekt und Eisenbahnpionier Friedrich Neuhaus entworfen. Er lieferte den späteren Berliner Bahnhofsgebäuden in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts ein architektonisches Vorbild. Heute ist er als einziges historisches Bahnhofsgebäude jener Zeit im Stadtbild erhalten.
Mit dem wachsenden Verkehrsaufkommen auf den Schienen konnte der Hamburger Bahnhof trotz einiger Umbauten nicht Schritt halten, sodass 1884 seine Stilllegung folgte. In den nächsten 20 Jahren wurde er zu Wohn- und Verwaltungszwecken genutzt, bevor er 1904 eine Umwidmung als Ausstellungshaus erfuhr, passenderweise für das Verkehrs- und Baumuseum. Dafür wurde die historische Halle, die sich hinter dem Eingangsbereich erstreckt, angebaut. 1909 folgte der Bau des östlichen Ehrenhofflügels, 1914 begann die Errichtung des westlichen Flügels. Trotz des Ersten Weltkriegs konnte dieser 1916 fertiggestellt werden. Damit war das bis heute gültige Erscheinungsbild zur Invalidenstraße hin festgelegt. Während des Zweiten Weltkriegs wurde das Gebäude 1943 mehrmals schwer beschädigt. Anschließend lag es während der deutschen Teilung für Jahrzehnte ungenutzt im Niemandsland zwischen West- und Ost-Berlin.
Erst im Februar 1984 ging der Hamburger Bahnhof in die Verwaltung des Senats von West-Berlin über und wurde anlässlich der 750-Jahr-Feier der Stadt teilweise restauriert. Mit der Präsentation „Reise nach Berlin“ wurde der Bahnhof 1987 erstmals nach über vierzig Jahren wieder für Ausstellungen genutzt. Ein Jahr später übergab der Senat das Gebäude der Stiftung Preußischer Kulturbesitz. Künftig sollte in ihm ein Museum für zeitgenössische Kunst eingerichtet werden – für Werke aus der Sammlung der Nationalgalerie und der Sammlung Marx. Nach einem umfassenden Umbau und der Sanierung durch den Architekten Josef Paul Kleihues wurde der Hamburger Bahnhof – Museum für Gegenwart – Berlin am 2. November 1996 eröffnet. Das Gebäude wurde im Zuge dieser letzten Baumaßnahmen durch Kleihues um einen Anbau an der Wasserseite erweitert.
Die zwischen 2004 und 2021 ins Haus gelangte Dauerleihgabe der Friedrich Christian Flick Collection machte eine umfängliche Erweiterung des Museums notwendig. Hierfür wurden die hinter dem Haupthaus liegenden Speditionshallen vom Architekturbüro Kuehn Malvezzi umgebaut und durch einen Übergang mit dem historischen Gebäude verbunden. Mit diesen sogenannten Rieckhallen hat sich die Ausstellungsfläche von 7.000 auf mehr als 10.000 Quadratmeter vergrößert. Heute gehört die Nationalgalerie im Hamburger Bahnhof – Nationalgalerie der Gegenwart zu den größten und wichtigsten öffentlichen Sammlungen für zeitgenössische Kunst weltweit.