座落于旗山镇中山路１号的台糖旗山火车站，有九十余年历史。1908年（明治41年）日本人踏勘旗山与美浓附近平原后，筹设了「高砂制糖株式会社」，后与「盐水港制糖株式会社」合并，成立规模更大的「台湾制糖株式会社旗尾制糖所」。为了运送甘蔗原料及白糖成品，修筑「旗尾线」铁路直通九曲堂接纵贯线铁路。1911年（大正元年）日本人于蕃薯寮街（今旗山镇中山路老街）建立旗山车站，作为当时旗尾线的总站。
旗山火车站属欧洲都铎式建筑风格，屋檐下方用垂直及水平木条拼贴装饰壁面，并涂以蓝白相间的颜色，让车站更显得活泼，有如童话故事中，造型简单、典雅的迷你屋。红砖砌墙底，木造外墙，壁体外部涂白灰泥。左侧站房是一座八角锥顶的候车室，形似歌德式教堂的尖塔，和右侧站房的三角形山头相呼应。屋顶瓦片以菱形排列，八角形屋顶则是排成鳞片状，四角及屋脊处并包覆铜皮。台湾类似的建筑有嘉义营林俱乐部、台北故事馆。
车站前后原本都有铁道，于车站东侧相接，最东通到美浓竹头角（兼营客运），向北通到杉林（只做货运）。因载客量骤减及维修问题，导致旗尾线于民国67年全面停驶，71年拆除所有轨道，只剩下旗山火车站。荒废后的旗山火车站，因年久失修，呈现破落景象，屋顶梁柱已被虫蚁啃蚀严重，依目前火车站现况，应加强梁柱安全结构，如不尽速修建，主结构梁柱随时有塌陷之虞。
旗山车站是旗山发展的开始，也是老街的精神地标，其重要性是无可取代的，地方人士均希望旗山车站能善加保存，再生利用，目前正提出改造的计划，虽然困难重重，但这项文化希望工程若能成功，将会给旗山带来另一波的发展。
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