旗山車站是糖鐵旗尾線中的一個車站所隸屬的旗山糖廠，1909年（明治42年）5月17日成立的高砂製糖會社於蕃薯藔廳旗尾莊興建的旗尾製糖所，在糖廠興建的同時該會社也鋪設後來的旗尾線鐵道（九曲堂－旗尾）。
鐵道工程於1909年(明治42年)8月開始，分成第一區「九曲堂─嶺口」與第二區「嶺口─旗尾」，其中工程最難的是第一區龍目井到大樹腳莊部分。
1910(明治43年) 8月20日正式核准營業，最初只有九曲堂、大樹腳、溪埔、嶺口、溪州、蕃薯藔、旗尾七個車站。
由於高砂製糖會社在1910年(明治43年)9月與鹽水港製糖合併，11月7日正式解散，這段鐵道連同旗尾製糖所便改歸鹽水港製糖所有。1912年時(大正元年)，鐵道沿伸至竹頭角。
旗尾線共有22站：九曲堂、公館、龍目、大樹、洲子、溪埔、田寮、統領坑、嶺口、南勝、磱碡坑、溪州、大山、武鹿、北勢、旗山、旗尾、中坛、牛埔、美濃、埤頭、竹頭角
旗山車站站體約創建於1913年(大正2年)至1915(大正4年)間。八角形尖頂彷如西方童話世界裡的小屋，然而三角形屋頂、山牆和內部骨架儘是日本傳統建築工藝，特別是當時相當流行的「褲腰屋根」，更是滿滿的日本風。
如此一來，整體建築構成一種獨特且深富多重視覺享受的和洋混搭式樣，至今仍顯得輕巧與別緻。
車站站體前後原本各鋪了五分車的鐵軌。後面軌道是主要車道，向東經旗尾糖廠，終點可達美濃的竹頭角庄；軌道往南直抵九曲堂庄，在此可轉接縱貫鐵道，進而連通打狗港市，乃至全台。其中，蕃薯藔驛就是此鐵道線最重要的客貨運輸樞紐。
1928年(昭和3年)3月，旗尾糖廠調整鐵道的營運策略，改以乘客為本位，提昇機動車車頭、重新訂做車廂、增加班次，使旅客運輸更為舒適、便利。這個經營策略受到大眾肯定，1930年代以後，旗山車站的乘客人數從10萬飆升至30萬上下，昭和12年(1937)更高達36萬多人。
第二次世界大戰後，隨著公路運輸的便利性逐漸取代旗尾線的鐵道運輸，五分車逐漸回歸載運砂糖原料與成品，1970年代製糖業也沒落，1978年(民國67年)旗尾線停駛，1982年(民國71年)拆除全線軌道。
