融合歐式及日式風格的木造建築,壁體以白灰泥及雨淋板構築而成。
東側站房為八角錐頂造型的候車室,屋頂呈鱗片狀排列。
正面玄關女兒牆有「旗山車站」正楷四字,中央半圓形山形飾面標誌圖形由「台糖」二字組成。
西側站房為山牆面,屋頂瓦片則以菱形排列,屋簷下方則用垂直及水平木條拼貼裝飾壁面。
勒腳牆以紅磚砌築並結合窗戶框條的設計,呈現豐富的視覺變化。