오송역은 1921년 11월 1일, 충북선의 개통과 함께 영업을 개시한 후 1934년 9월에 갑종 정류장으로 승격되었다가 1974년 12월에 폐지역이 되었다. 이후 1977년 9월에 보통 역(普通驛)으로 부활하여 영업을 다시 개시하였고 1977년 12월에 신축 역사가 준공되었다. 1998년 7월에는 경부고속철도 인입선(引入線)이 부설되었다가 2010년 11월에 경부고속철도의 2단계 개통과 함께 케이티엑스(KTX)와 충북선의 환승역이 되었다. 이후 2015년 4월에 호남 고속선이 개통되면서 이용객 수가 늘어났다. 오송역은 경부고속철도와 호남고속철도의 분기역으로서 행정 중심 복합 도시(行政中心複合都市)인 세종특별자치시(世宗特別自治市)와 가장 근접한 고속철도역이다. 그래서 충북선, 경부선(京釜線), 호남선(湖南線)의 허브 역으로 그 역할을 수행하게 되었다.
오송역 충북선 여객 열차(旅客列車)는 1983년 2월까지 운행하다가 27년 동안 중단되었었다. 경부고속철도 오송역이 개통되면서 충북선 여객 열차도 오송역에 정차하게 되었다. 이로써 충주시, 청주국제공항, 인근 조치원(鳥致院)에서도 케이티엑스(KTX) 이용을 위해 일반 열차를 이용하여 접근할 수 있게 되었다. 오송역 남측에 있는 세종특별자치시에서는 간선 급행 버스를 이용하여 오송역에 접근하는 것이 가능하다.
고속철도의 개통으로 새롭게 건설된 오송역사는 지하 1층, 지상 4층의 선하 역으로서 철골조 중앙 아치 지붕으로 건축되었다. 오송역 지상 1층에는 택시 승강장 및 버스 정류장이 있으며, 특히 동남 측(7번 출구)에 버스 환승 센터가 설치되어 있어 세종특별자치시 및 대전광역시(大田廣域市)로 이동하는 간선 급행 버스(BRT)와의 연계 이용이 가능하다. 매표소는 지상 2층에 위치하며 같은 층에 관광 안내소, 회의실(스마트 워크 센터), 수유방 등의 편의 시설과 약국, 꽃집, 카페, 식당 등의 상업 시설이 갖추어져 있다. 지상 3층에는 안경원, 패스트푸드점, 카페 등의 상업 시설과 함께 맞이방이 자리하고 있다. 선하 공간 및 역사 주위에 총 2000면 규모의 주차장이 조성되어 있다. 오송역 인근에는 철도 종합 시험 선로와 철도 완성차 안전 시험 연구 시설 등이 위치하여 철도 완성차의 안정성과 효율성을 검증하고 있으며, 오송 생명 과학 단지(五松生命科學團地)도 자리 잡고 있다.
2023년 9월 현재, 케이티엑스(KTX) 경부선은 상행(上行) 31회(주말 33회), 하행(下行) 22회(주말 24회), 케이티엑스(KTX) 호남선은 상행 17회(주말 18회), 하행 16회(주말 18회), 케이티엑스(KTX) 경전선(慶全線)은 상행 2회(주말 5회), 하행 7회(주말 10회), 케이티엑스(KTX) 동해선은 상행 8회, 하행 11회, 케이티엑스(KTX) 전라선(全羅線)은 상행 12회(주말 14회), 하행 11회 정차하고 있다. 에스알티(SRT) 경부선은 상행 18회(주말 20회), 하행 14회(주말 16회), 에스알티(SRT) 호남선은 상‧하행 각 12회, 에스알티(SRT) 경전선은 상행 2회, 하행 1회, 에스알티(SRT) 동해선은 하행만 1회, 에스알티(SRT) 전라선은 상행 1회, 하행 2회 정차하고 있다. 일반 철도 충북선은 무궁화호(無窮花號) 열차가 상‧하행 각 11회씩 정차하고 있다.
2022년 기준, 여객 이용객 수는 총 970만 7779명이며 이 중 하행 승하차 승객은 총 480만 6717명, 상행 승하차 승객수는 490만 1062명이었다. 케이티엑스(KTX)와 에스알티(SRT)를 포함한 고속철도 이용객은 총 924만 596명으로 전체 이용객의 약 95%를 차지하고 있으며 나머지 약 5%(46만 7183명)는 충북선 무궁화호 열차를 이용하였다. 케이티엑스(KTX) 이용객과 에스알티(SRT) 이용객 비율은 약 3.5대 1로 KTX를 이용한 승객이 3.5배 더 많았다.