„Osterley“ bedeutet wahrscheinlich die Lichtung mit einem Schafpferch.
Der Ort ist erstmals 1274 belegt, und der Name wird von altenglischen Wörtern für „Lichtung mit Schafpferch“ abgeleitet; eine andere Deutung ist „kleiner Hügel“. Die erste Station, 1883 an der Thornbury Road eröffnet, hieß Osterley & Spring Grove. 1934 wurde sie durch die heutige Station Osterley ersetzt, etwa 300 Meter weiter westlich an der neuen Great West Road.