Der Bahnhof Orlamünde wurde am 1. Mai 1874 eröffnet als Teil der Saalebahn. Mit der Inbetriebnahme der Orlabahn Richtung Pößneck wurde der Bahnhof 1889 zum Trennungsbahnhof. In den Jahren 1892 und 1899 kam es zu Erweiterungen des Bahnhofes. Im Jahr 1907 und 1935 wurde jeweils ein Stellwerk errichtet. Das Empfangsgebäude wurde noch vor Aufkauf der Eisenbahngesellschaft durch Preußen im Jahre 1895 erbaut.
In den Jahren 1970/71 wurde das Gebäude anlässlich der olympischen Spiele in München neu verputzt, um für die Passagiere der von Berlin kommenden Züge einen gepflegten Eindruck zu machen. Nach der Wende wurde 1994 der Güterverkehr auf der Orlabahn eingestellt. Im selben Jahr begann die Elektrifizierung der Bahnstrecke. In den Jahren 1999 und 2000 kam es zu Umbauarbeiten am Bahnhof, bei denen Gleis 4 zurückgebaut wurde. Mit der elektronischen Weichensteuerung 2004 entfielen die Stellwerke. Seitdem werden die Bahnhofsgebäude nicht mehr durch die Bahn verwendet. 2017 wurde das Empfangsgebäude renoviert.
