Kurz nach der Entwicklung des neuen Verkehrsmittels Eisenbahn dachte man auch schon daran, eine Nord-Süd-Eisenbahnverbindung in Europa zu bauen. Aufgrund verschiedener bautechnischer Studien und auf Drängen der neu entstandenen Nationalstaaten Deutschland und Italien wurde unter verschiedenen Varianten 1869 die Gotthardlinie ausgewählt. Die Bauarbeiten wurden 1872 an verschiedenen Stellen der Nord- und Südrampe sowie an beiden Zugängen des Gotthardtunnels aufgenommen.
Der Bahnhof Arth-Goldau war in der ursprünglichen Planung nicht vorgesehen. Um die Geleise nicht durch das Bergsturzgebiet führen zu müssen, war eine Untertunnelung des Schuttkegels mit einem Bahnhof in Arth auf der Sonnenbergseite geplant. Die Arbeiten an diesem Tunnel von Oberarth nach Steinen wurden jedoch wegen geologischen Problemen aufgegeben, und in Goldau wurde 1882 ein erstes Stationsgebäude erstellt.
Mit dem Anschluss der Südostbahn 1891 begann die Erweiterung des Bahnhofs. Zum eigentlichen Eisenbahnknotenpunkt wurde Goldau dann 1897, als die Linie Zug-Goldau und die Seelinie von Luzern über Meggen, mit einer zweiten Spur von Immensee nach Goldau, zusammen mit einem neuen keilförmigen Bahnhof eröffnet werden konnten. In diesem Jahr erfolgteauch der Anschluss der Arth-Rigi-Bahn mit dem Hochperron.
Der Bahnhofbau bewirkte in und um Goldau eine Art “Goldgräberstimmung”, und es setzte ein wahrer Bau-Boom ein. Allein 1897 entstanden 15 neue Wohn- und Gasthäuser. Am Bahnhofbau war denn auch keine einzige einheimische Firma beteiligt, weil diese anderweitig mit Aufträgen ausgelastet waren. Eigens für das neue Zugs- und Stationspersonal (der Personalbestand stieg 1897 von 10 auf 63 Personen) wurden von der Gotthardbahn vier Mehrfamilienhäuser gebaut.
Als weitere Stationen in der Geschichte des Arth-Goldauer Bahnhofs sind noch zu nennen:
1909 Uebergang von der Gotthardbahn zur SBB
1922 Elektrifizierung der Gotthardstrecke
Am 8. August 1947 brannte der oberste Stock des Bahnhofgebäudes komplett aus. Das Dach wurde in der heutigen Form wiederaufgebaut (die Seitentürmchen waren allerdings schon 1933 entfernt worden).
In den Jahren 1982-85 wurde der Bahnhof umgebaut und erneuert. Mit dem neuen Stellwerkgebäude, dem eigentlichen “Herzstück”, welches den Schienenverkehr elektronisch steuert, verfügt die Gemeinde Arthüber einen der modernsten Bahnhöfe der Schweizerischen Bundesbahnen. Goldau ist ein wichtiger Verkehrsknotenpunkt der internationalen Nord-Süd-Linie.
Ein Besuch im Bahnhof-Buffet in Arth-Goldau lohnt sich, ist es doch das einzige “klassische” Bahnhofbuffet im Kanton Schwyz. Im Zusammenhang mit dem letzten Bahnhofumbau wurde es einer sanften Renovation unterzogen, wobei geschickt moderne Elemente mit Bestehendem kombiniert wurden.