In het kader van het project Arnhem Centraal wordt het oude station vervangen door een nieuwe transferhal, ontworpen door UNStudio (Ben van Berkel). Ook wordt het station uitgebreid met een vierde eilandperron om de verwachte groei aan te kunnen. De samenwerkende partners voor het project zijn NS (NS Poort), ProRail en de gemeente Arnhem.
Op 1 oktober 2006 werd een tijdelijk station geopend. De sloop van het oude station heeft eind 2007 plaatsgevonden, waarna een geheel nieuw station kan worden gebouwd. Het oude station is gesloopt met uitzondering van de zogenaamde Sonsbeekentree. Dit koepelvormige entreegebouwtje aan de noordzijde van het station zal in 2010 worden verplaatst naar Park Presikhaaf om dienst te doen als theehuis. Onder het project Arnhem Centraal vallen behalve het nieuwe station (met parkeergarage),ook de ontwikkeling van kantoren, winkels en woningen in de directe omgeving. Ook de noordzijde (Sonsbeekzijde) van station Arnhem wordt vernieuwd.
Planning
Er is begonnen met de bouw van de nieuwe brede perrontunnel voor de OV-Terminal, en de aanbesteding van het nieuwe gebouw is in volle gang. In 2010 moest blijken of de OV-Terminal, het hart van Arnhem Centraal, eigenlijk wel gebouwd kan worden. Het futuristisch vormgegeven nieuwe stationsgebouw is namelijk bijzonder lastig om te bouwen. De gemeente Arnhem vreesde eerder dat Arnhem Centraal daardoor veel meer geld gaat kosten dan was voorzien. Afzien van het ontwerp van Ben van Berkel is volgens de gemeente inmiddels geen optie meer. Volgens de oorspronkelijke planning had begin 2009 het nieuw stationsgebouw voltooid moeten zijn; het vierde perron moet eind 2010 gereed zijn. Het tijdelijke station bevond zich ongeveer 200 meter ten oosten van het oude station en was door middel van loopbruggen met de oostzijde van de drie perrons verbonden. De loopafstanden vanaf streekbusstation aan de Utrechtseweg (naast de oude locatie) naar het station waren door de gekozen positie van het tijdelijke station vergroot. Door de klachtenstroom van passagiers werden twee nooduitgangen van het tijdelijke station regulier opengesteld, zodat de loopafstand werd verkort (deze zal echter tot de voltooiing van de nieuwe OV-Terminal langer zijn dan de oude afstand). Ook vanaf het Willemsplein (en het centrum) was de loopafstand naar de perrons iets langer door het tijdelijke station. Begin 2007 werd een extra ingang aan de kant van het Willemsplein gemaakt (met een vaste trap en een opgaande roltrap).
