Als Überholbahnhof wird ein Betriebsbahnhof bezeichnet, der vornehmlich dem Überholen von Zügen dient. Unter Überholen versteht man das Ausweichen eines langsameren Zuges zu Gunsten eines schnelleren, in gleicher Richtung fahrenden Zuges. Der Überholbahnhof hat dazu neben den Durchfahrgleisen mindestens ein weiteres Hauptgleis.
In der Regel dienen die meisten Bahnhöfe bei Bedarf auch dem Überholen, ohne besonders als Überholbahnhof bezeichnet zu werden. Der Begriff Überholbahnhof wird bei der Darstellung von Eisenbahnstrecken insbesondere bei Bahnhöfen ohne Bahnsteige verwendet, deren Nennung im Streckenplan nicht den Eindruck erwecken soll, dass Reisende dort ein- oder aussteigen könnten.
Hält ein Zug, nur um durch einen anderen überholt zu werden, und ohne dass Reisende ein- oder aussteigen, ist dies ein Betriebshalt.