Der viergleisige U-Bahnhof am Hauptbahnhof zählt zu den wichtigsten und am stärksten frequentierten Bahnhöfen im gesamten Netz. In vierfacher Tiefenlage verzweigen sich hier Richtung Norden die U-Bahn-Linien 1 und 2. Die silberne Wandgestaltung hebt ihn gegenüber den ansonsten sehr ähnlich gestalteten 1980 eröffneten Bahnhöfen hervor.
Der in Nord-Süd-Richtung unter dem Bahnhofplatz liegende Bahnhof wird von silber verkleideten Säulen in Bahnsteigmitte getragen. Die beiden geraden Bahnsteige sind an ihrem Nordende über ein Zwischengeschoss mit dem darüber angrenzenden S-Bahnhof verbunden, eine Treppe führt auch ins Sperrengeschoss. In Bahnsteigmitte befinden sich Aufgänge zu einem weiteren Zwischengeschoss, über das nach dem Bau der zweiten S-Bahn-Stammstrecke diese erreicht werden kann. Derzeit führen hier nur Rolltreppen zum Sperrengeschoss unter dem Bahnhofplatz. Am Südende der Bahnsteige erreicht man über ein kleines Zwischengeschoss den gleichnamigen Bahnhof der Linien U4 und U5 sowie nochmals das Sperrengeschoss.
Die Breite und Tiefe des Bauwerks machte hier eine Schlitzwand-Deckelbauweise erforderlich, bei der zuerst die Seitenwände und der Deckel des Bauwerks erstellt werden und erst danach die einzelnen Etagen von oben nach unten erstellt werden.
Während der Bauzeit ab Frühjahr 1975 musste der Oberflächenverkehr am Bahnhofplatz großräumig vorbeigeleitet werden, da da fast die komplette Fläche unterkellert werden musste für den U-Bahnhof selbst und die diversen Zwischengeschosse, in denen sich unter anderem eine Tiefgarage sowie eine Bunkeranlage für den Katastrophenfall befindet.
Betrieblich wird der Bahnhof zur Unterscheidung mit dem gleichnamigen Bahnhof der Linien U4 und U5 als "Hauptbahnhof (unten)" bezeichnet. An der Oberfläche verkehren heute die Tramlinien 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22 sowie die Bus-Linien 58, 68, 100 und X98 am Hauptbahnhof.
Das Sperrengeschoss unter der Bahnhofplatz wurde in den Jahren 2012 bis 2014 komplett renoviert und dabei grundlegend umgestaltet. Die Ladenpassagen wurden dabei an die Nordseite des Bauwerks verschoben und die Verkehrsflächen in der Mitte klarer strukturiert. Unter anderem befindet sich nun ein Kundenzentrum der MVG in zentraler Lage im Sperrengeschoss. Die helle Gestaltung der neuen Verteilerebene hebt sich dabei vom deutlich dunkleren Grau der ursprünglichen Gestaltung ab.
Seit 2020 sind als vorbereitende Maßnahme alle Verkleidungen an den Säulen sowie den Bahnhofswänden entfernt worden, ebenso fehlen wie in den meisten Bahnhöfen älteren Baujahrs mittlerweile alle Deckenverkleidungen.
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