西元1900年11月台南到高雄的鐵路正式通車啟用，沿線設立車路墘驛（保安）、大湖街驛（大湖）、阿公店驛(岡山)，楠梓坑驛（楠梓）及舊城驛（左營），而楠梓坑驛也在同一時期設站，1920年更名為「楠梓驛」。

1967年6月鋼筋水泥站房落成啟用，目前仍使用中，算是第二代售票站房。1993年5月增建站內月台地下道，近期配合場站無障礙設施，增加月台電梯，方便旅客往來一、二月台。

楠梓驛共有島式及岸式月台各一座，月台上還有遮雨棚，算是很有規模的車站。

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來到售票站房，候車大廳規模不算大，兩個人工售票窗口及兩台自動售票機，外加一間小型便利上店。挑高的大廳有上下兩段窗戶，算是台鐵車站常見的設計。

車站外面直接面臨建楠路，沒有任何廣場或是進出車道來緩衝，算是路沖一處。幸好進出車站的車輛不多，大大降低危險性。在車站旁還有一座連結前後站的行人地下道，這裡可以通往高捷R21都會公園站，距離大概400公尺，算是兩者非常便利的連結。