Tietgensbroen fører Tietgensgade over perronerne og baneterrænet ved Københavns Hovedbanegård syd for perronhallerne. Broen er fra 1907 og tegnet af Heinrich Wenck.

Broen er opkaldt efter finansmanden C. F. Tietgen, der bl.a. var medstifter af en række jernbaneselskaber. Broen blev bygget i anledning af opførelsen den nuværende hovedbanegård, der blev indviet i 1911, men broen blev taget i brug allerede 1. december 1907. Broen er 128,7 meter lang og 18,2 meter bred. Frem til 1968 var broen forsynet med dobbeltspor for sporvogne.

Fra broens er der trapper ned til perronerne. Trapperne til S-togs-perronerne (spor 9/10 og 11/12) stammer fra 1971, og trapperne til de øvrige perroner blev først etableret i 1977. Førhen skete billetsalg og -kontrol ved nedgang til perronerne, og Hovedbanegården var ikke i samme omfang som i dag åben for andre end rejsende, hvorfor det ikke var praktisk med flere nedgange til perronerne.

Ved ophængning af køreledninger over fjerntogssporene i 1984 var der ikke tilstrækkelig frihøjde under Tietgensbroen og banegårdshallen. Under banegårdshallen valgte man at sænke sporene 20-30 cm. Derimod var det billigere at hæve hele broen frem for at sænke sporene eller opføre en helt ny bro. En nat i maj 1984 blev den 3.600 ton tunge bro således løftet 255 mm ved landfæstet ved Bernstorffsgade og 96 mm i den modsatte ende.

Broen blev ombygget til større bredde i 2000 (skal verificeres), hvorved den mistede sine proportioner og sit oprindelige støbejernsrækværk tegnet af Wenck. Den havde allerede mistet sporvognsstandere og gadelygter i tiden efter 1968.

Broen blev fra indvielsen benyttet af sporvogne, eftersom linje 6, der dengang kørte til Enghave, omlagdes via broen. Sporvognslinje 10 forlængedes i 1919 over Tietgensbroen til Enghave og Valby i stedet for linje 6. Sporvognsskinnerne på broen var i brug indtil 1968, hvor linje 10 omstilledes til busdrift.