« Osterley » signifie probablement la clairière à la bergerie.
Le lieu est mentionné pour la première fois en 1274, et son nom viendrait de mots du vieil anglais signifiant « clairière de la bergerie » ; une autre lecture y voit une « butte ». La première gare, ouverte en 1883 sur Thornbury Road, s'appelait Osterley & Spring Grove. En 1934, elle a été remplacée par l'actuelle station Osterley, à environ 300 mètres à l'ouest, au bord de la nouvelle Great West Road.