Der Bahnhof wurde am 9. Oktober 1847 durch die Bergisch-Märkische Eisenbahn-Gesellschaft unter dem Namen Barmen-Rittershausen eröffnet. 1930 erfolgte die Umbenennung in Wuppertal-Oberbarmen.
Bis 1910 befand sich zwischen den Gleisanlagen und der Straße Rosenau ein Bahnbetriebswerk, das nach Wuppertal-Langerfeld verlegt wurde. Im Zweiten Weltkrieg wurden der Bahnhof und das Empfangsgebäude stark beschädigt. Nach einem Teilabriss durch die Deutsche Bundesbahn nach dem Zweiten Weltkrieg erfolgte in den 1980er Jahren im Rahmen der Eröffnung der S8 die Umgestaltung des Bahnhofes. Heute gibt es hier einen quaderförmigen Zweckbau mit einem Kiosk, einem Backwaren-Laden und einer McDonald’s-Filiale.
Lange Zeit war Wuppertal-Oberbarmen auch ein wichtiger Güterbahnhof. Die meisten Gütergleise wurden allerdings 2006 entfernt, auf dem Gelände wurde ein Baumarkt gebaut.
Die Linien S 8 und S 9 werden von DB Regio betrieben. Die übrigen Linien werden von anderen Eisenbahnverkehrsunternehmen gefahren: Der Maas-Wupper-Express wird seit dem Fahrplanwechsel im Dezember 2009 von der Eurobahn für 16 Jahre betrieben, der Rhein-Münsterland-Express, der Wupper-Express sowie die Rhein-Wupper-Bahn von National Express und die Linie S 7 von der RheinRuhrBahn.
Bahnsteige
Heute gibt es drei Bahnsteige mit insgesamt sechs Gleisen. An den Gleisen 2 und 3 halten die Nahverkehrszüge, sie werden auch für Durchfahrten der Fernzüge genutzt. An den Gleisen 5 und 6 halten die Linien S 8 und S 7. Diese Gleise sind auch die einzigen mit barrierefreiem Zugang. Die anderen Bahnsteige können von Rollstuhlfahrern nicht ohne Hilfe erreicht werden.
Stellwerk
Der Bahnhof Wuppertal-Oberbarmen wird vom Stellwerk Of (Wuppertal-Oberbarmen, Fahrdienstleiter) vom Typ Sp Dr S 60 gesteuert. Das Stellwerk Sf (Schwelm Bf, Fahrdienstleiter) vom Typ Sp Dr S 600 in Schwelm, das wiederum die Bahnhöfe Schwelm und Gevelsberg West steuert, wird von hier aus ferngesteuert.
Umsteigemöglichkeiten
die unten angegebenen Taktzeiten beziehen sich auf die Hauptverkehrszeiten von montags bis freitags
die Angaben beziehen sich auf die Haltestelle Wuppertal Oberbarmen Bahnhof, das Umsteigen in die Buslinien 602, 636 und 646 ist ebenfalls an der Haltestelle Wuppertal Oberbarmen Bahnhof/Rauental möglich, die unten angegebenen Taktzeiten gelten auch hier
zu den genaueren Linienbänden der Busse und NachtExpresse siehe auch: WSW mobil