Situémonos en el año 1876, la población que vive en el Eixample no para de crecer, y en consecuencia, crece también el volumen de pasajeros que utilizan el tren de Sarrià, que circula en superficie por la calle Balmes y une la capital con Sarrià. Para dar respuesta a la movilidad creciente, la compañía de ferrocarriles empieza a planificar aquel mismo año un apeadero que serviría de parada intermedia entre Barcelona y Gràcia, municipio independiente desde el año 1850. Y así es como en agosto de 1882 se inaugura el apeadero de Provenza, ubicado en el cruce de las calles de Provença y Balmes, justo antes de atravesar la frontera entre Barcelona y Gràcia, y, por tanto, todavía dentro del municipio de Barcelona. Hoy –y desde una reforma de la estación en 1925- la parada queda justo por encima de Provença. Pero aquel apeadero legaba dos décadas más tarde que otras paradas de la línea del conocido popularmente como tren de Sarrià, que se había inaugurado en 1863. Provenza sería el primer añadido al trayecto que, de inicio, tenía cuatro puntos de parada: la actual Plaza Catalunya, Gràcia, Sant Gervasi y Sarrià.

1929, el soterramiento del apeadero
Casi medio siglo después de su inauguración, la compañía ferroviaria hizo una apuesta que marcaría por siempre jamás más el futuro de Provenza como estación. Soterró el apeadero, y aquel fue un paso decisivo para comprender la importancia de la estación hoy, por donde pasan más de 3 millones de pasajeros cada año. Aquel soterramiento permitió el paso de todos los trenes, tanto los de Ferrocarriles de Sarrià como los de Ferrocarriles de Cataluña -unía Barcelona con el Vallès-, y dio una nueva dimensión a aquel pequeño apeadero.
Pero es en 1969 cuando Provença hace un gran salto. Se construye el vestíbulo de la estación de Provença bajo el cruce de las calles de Balmes y de Rosselló y el pasillo que, desde este vestíbulo y por debajo de la calle de Rosselló, une la estación de Provença con la del Metro Diagonal, donde están las líneas L3 y L5.
En la década de los noventa -ya con el nombre cambiado de Provenza a Provença desde el año 1982-, se reforma parcialmente la estación, alargándola por el lado inferior y haciendo nuevo el vestíbulo bajo la calle de Provença. Y en 2010, después de tres años de obras, se inaugura la ampliación de vestíbulos y creación y ampliación de los enlaces con la L3 y L5 del Metro. Por último, el último cambio de fisonomía llega en 2019, cuando se completa la ampliación de un tramo de andén dirección Sarrià y nuevo acceso desde el área ampliada hacia el vestíbulo.