大宮駅（埼玉県さいたま市大宮区）から高崎駅、越後湯沢駅、長岡駅等を経て新潟駅（新潟県新潟市中央区）までを結ぶ。路線延長303.6km/269.5km（営業キロ/実キロ）。

1982年 11月15日に開業。大宮駅以南では全列車東北新幹線に乗り入れており、列車の運転区間としては東京駅・上野駅～新潟駅ほかとなっている。また、高崎駅以南は北陸新幹線が乗り入れている。
なお、本来の起点は新宿駅。大宮駅以南は計画としてはあるものの着工等に向けた具体的動きはない。

2004年 10月23日の新潟県中越地震では新潟県内の区間が被災し、とき325号が脱線した。同年12月28日まで一部区間が運休となった。

他路線と比べると競合する交通手段が少ないことやためか、新型車両の投入やスピードアップが後回しにされる傾向があり、以前は東北新幹線で活躍した旧式やMaxなどが主力車両であった。(因みに、最後の国鉄車両200系が最後まで活躍していたのもこの路線)

2019年 3月16日のダイヤ改正により、上越新幹線もE7系の営業運転を開始※。同時にグランクラスの営業も開始した。
ちなみに、2001年のE4系(長野新幹線対応編成)以来となる新製車両投入となった。

※上越新幹線E7系デビューに合わせてE7系2編成(F21・22編成)にラッピングを塗装。全車に朱鷺色の帯、3・11号車に朱鷺の羽と稲穂をイメージしたシンボルマークを塗装。(1年間の予定だったが、実際に標準塗装に戻されたのはデビューから2年後だった。)

2021年 10月1日、E4系の定期運用を終了。以降は団体臨時列車として10月9日･10日に新潟～盛岡間1往復、10月16日・17日に新潟～東京間1往復の運用でラストランしたのち、完全に引退した。

2021年10月2日、上越新幹線にE7系を大幅に増発。E7系とE2系の2形式に統一。

2022年3月12日のダイヤ改正によりE7系を追加投入。「とき」16往復、「たにがわ」5.5往復に増発。
一方、E2系は「とき」6往復、「たにがわ」2往復に減便。

列車名

現行の列車

※2021年10月2日現在
とき　たにがわ　

北陸新幹線から乗り入れ

かがやき　はくたか　あさま

過去の列車名

あさひ
 現美新幹線 Max

車両

※2021年10月2日現在

営業車両

E2系(J編成10両)
現在はJ編成1000番台のみ使用されているが、E7系への置き換えに伴い2023年3月に撤退が予定されている。
1998年12月8日～2004年3月12日・2013年1月26日～2019年3月15日まではJ編成0番台も使用されていた。また、1998年12月8日～2002年11月30日までのJ編成はN編成と同じ赤帯8両だった。
E7系・W7系(12両)
2014年3月から高崎以南において北陸から乗り入れる「あさま」にて運用を開始。
2019年3月から「とき」「たにがわ」として高崎～新潟での運用を開始し、西日本所属のW7系も間合い運転に就いたこともある。2023年3月以降は上越新幹線全列車を担当し、同時に最高速度を275km/hに引き上げる予定。

事業用車両

E926形

試験車両

E5系-2012年11月、2017年7月・11月に団体臨時列車として運転

過去の車両

営業車両

E1系
基本的に日中は「Maxとき」(2002年11月までは「Maxあさひ」)のみで、「Maxたにがわ」は朝夕が主体だった。
200系
当初はE編成が運用され、JR化して暫くするとF編成(1部は275km/h運転対応)とG編成に統一された。
1999年以降は、東北新幹線から転属してきたK編成リニューアル車での運用がメインになり、2007年5月以降はリニューアル車以外の(臨時も含めた)運用が完全消滅した。リニューアル車に関しても2013年3月に東北新幹線から転属してきたE2系J編成0番台に置き換えられる形で引退している。
E2系(N編成8両)
高崎以南における長野新幹線からの乗り入れが中心だったが、1998年12月～2002年11月までは「あさひ」として新潟に乗り入れていた。その後、長野新幹線のみで運転。
E3系(700番台現美新幹線)
E4系(P編成8両)
2001年5月に運用を開始し、同年12月に高崎以南で16両(8両編成×2本)で運転開始。
2004年3月には下り列車を中心に16両の区間が越後湯沢まで延長し、東北新幹線からの転属車がE1系の運用を置き換える形で2012年3月には全線で16両で運転開始するなどダイヤ改正の度に運用が増加していった。しかし、東北新幹線から転属したE2系1000番台や新製されたE7系に置き換えられて2021年10月をもって撤退した。

事業用車両

925形

試験車両

400系　 E954形

駅一覧

本線

凡例　●:停車　○:一部通過　空欄:運行なし

停車駅/種別	とき	たにがわ
東京駅	●	●
上野駅	○	●
大宮駅	●	●
熊谷駅	○	○
本庄早稲田駅	○	○
高崎駅	○	●
上毛高原駅	○	●
越後湯沢駅	○	●
浦佐駅	○
長岡駅	○
燕三条駅	○
新潟駅	●

支線(スキーシーズンのみ)

停車駅/種別	たにがわ
上越新幹線東京駅まで直通
越後湯沢駅	●
ガーラ湯沢駅	●

今後の計画

2019年 5月8日、JR東日本のプレスリリースにて、2022年度末までに上越新幹線の車両を全車E7系に統一する計画を発表。上越新幹線の最高速度を240km/hから275km/hに引き上げ、最大7分短縮する予定。
2019年10月に発生した令和元年台風第19号による千曲川決壊で浸水・廃車となった北陸新幹線用E7系の補充として本来上越新幹線(新潟新幹線車両センター)に投入予定だった編成のうち5編成（F23～F27編成）を2021年 1月1日付で北陸新幹線(長野新幹線車両センター)に転属する事となり、E4系の置き換え完了は2021年秋までずれ込んだため、2022年度末までのE7系統一に影響が出る可能性がある。