Die Eröffnung der 23,61 km langen zweigleisigen Strecke Düsseldorf - Duisburg erfolgte am 9. Februar 1846 durch die Köln-Mindener Eisenbahn- Gesellschaft. Großenbaum wurde provisorisch als kleine Haltestelle erbaut. Erst 1856 werden ein Bahnsteig für das zweite Gleis und eine kleine Personenhalle errichtet. 1867 folgte eine Vergrößerung des Empfangsgebäudes um einen Warteraum. 1868 wurde Großenbaum Telegraphenstation und 1879 durch die Erweiterung für den Güterverkehr zum Bahnhof. Das Sägewerk Clausen erhielt einen Industrieanschluss. Die Strecke zwischen Düsseldorf Hbf und Duisburg wurde später sechsgleisig ausgebaut. Heute ist der Bahnhof nur noch eine S-Bahn Haltestelle. Die Streckengleise wurden um ein Gleis reduziert und sind bis zum Duisburger Hauptbahnhof fünfgleisig.