Am 15. März 1871 wurde die neue Strecke vom Münchner Zentralbahnhof nach Grafing- Rosenheim über die Münchner Gürtelbahn zum neu gebauten Ostbahnhof fertiggestellt. Am gleichen Tag wurde das von Friedrich Bürklein geplante Empfangsgebäude eröffnet. Der 1. Mai 1871 war der Eröffnungstag der 88,6 km langen Strecke nach Neuoetting. Die Strecke nach Rosenheim wurde am 15. Oktober 1871 in Betrieb genommen. Bis zum 15. Oktober 1876 hieß der Bahnhof Haidhausen und wurde an diesem Tag zu München-Ost umbenannt. Der Bahnhof war ein typischer fünfgliedriger Bau. 1880 wurde im Zuge einer Erweiterung des Ostbahnhofs ein Zentralstellwerk gebaut. Mit diesem Stellwerk wurden erstmals in Bayern versuchsweise Weichen auf einem Bahnhof zentral mittels Stahldrahtzügen gesteuert. 1896 entstand im östlichen Bahnhofsbereich eine Ortsgüteranlage, da die alten Anlagen dem Verkehrsaufkommen nicht mehr genügten. 1924 erfolgte die Inbetriebnahme des neuen Verschiebebahnhofs. 1927 elektrifizierte die Reichsbahn die Bahnhofsgleise. Im April 1944 wurde dar Bahnhof durch einen Bombenangriff zerstört. Erst 1952 errichtete man eine provisorische Schalterhalle, die 1956 erweitert wurde. Am 22. Juni 1959 eröffneten die Anlagen zur Bedienung von Autoreisezügen. Im März 1968 begannen umfangreiche Bauarbeiten für die neu geplante S-Bahn. Am 15. April 1972 erhielt der Bahnhof ein Zentralstellwerk und im Mai startete der S-Bahn Verkehr. 1985 wurde das jetzige Empfangsgebäude fertiggestellt. Die Bahnsteigdächer von 1928 riss man 1984/85 ab und ersetzte sie durch neue Dächer. 1999 gestaltete die Bahn AG das Reisezentrum völlig neu.