Mitte der neunziger Jahre begann die Deutsche Bahn den Bahnhof in Baden-Baden in mehreren Etappen umzubauen.

Die Gleisanlagen und die Bahnsteige wurden an die viergleisig ausgebaute Rheintalbahn angepasst sowie die erforderlichen Schallschutzwände errichtet.

In Abstimmung mit dem Landesdenkmalamt bemühte man sich, dabei den historischen Charakter der Bahnhofsanlage zu erhalten.
Von 2005 an wurde das historische Bahnhofsgebäude aus dem Jahr 1900 für 1,25 Millionen Euro komplett innen und außen saniert. Es wurde die Deckenhöhe von sieben Metern wieder hergestellt und die Dekoration im Deckenbereich instand gesetzt. Die Architektenkammer des Landes Baden-Württemberg vergab dafür die "Auszeichnung für beispielhaftes Bauen 2008“.

Am 08. Januar 2008 eröffnete im renovierten Bahnhofsgebäude eine Filiale der Franchise - Kette Coffee Fellows. Und im Juni 2009 eröffnet das Hotel Neuer Karlshof als Kooperation mit Coffee Fellows seine Tore.