La estación Olesa de Montserrat entró en servicio el 29 de marzo del año 1922 con la apertura del tramo entre Martorell y esta estación, enmarcada dentro de la construcción de la línea de Martorell a Manresa.

Esta situada en la plaza del Dr. Fleming y dispone de tres vías, la dos vías generales y una desviada, númerada como vía 4, junto a vía 2 con destino Barcelona. Para acceder a estas vías disponemos de dos andenes, uno lateral de 391 m de longitud que da acceso a vía 1 y un andén central que da acceso a vías 2 y 4 de 255 m. Los trenes de la linea R5 utilizan las dos vías generales mientras que los trenes de la linea S4 que finalizan su servicio, entran por vía 1, dejan el pasaje, inician la marcha hacia Manresa pero a pocos metros hacen los maquinistas hacen el cambio de cabina y estacionan en vía 4 hasta su hora de inicio. El paso entre andenes se realiza mediante un paso inferior al que se accede mediante escaleras fijas y ascensores. Además, desde este paso inferior también podemos acceder a la estación inferior del aeri de Olesa a Esparreguera. El edificio de viajeros está situado a la derecha de las vías, mirando en sentido Martorell y consta de dos plantas. La planta baja encontramos el vestíbulo de la estación dotado de máquinas de venta automática de billetes y varias puertas de control de acceso.

Completan las instalaciones de Olesa de Montserrat un pequeño edificio situado a la izquierda del edificio de viajeros que contiene varios aparatos de accionamiento del enclavamiento y un parking para viajeros situado al oeste de la estación, junto a la entrada del aeri También se conserva un antiguo depósito elevado de agua.