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～高崎駅/越後湯沢/新潟駅となっている。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(200系K編成リニューアル車・E2系0番台/1000番台)やMaxなどが主力車両であった。

2019年 3月16日から上越新幹線もE7系の営業運転を開始※。「とき」4往復「たにがわ」1往復に投入。グランクラスの営業も開始。

ちなみに、2003年のE4系(長野新幹線対応編成の最終増備車)以来となる新製車両投入となった。(なお、E4系自体は2001年に運用開始したが、仙台配置後約1年程度使用した後に転属した編成だったので、完全なる新車とはならない)

※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。
翌日の2021年10月2日に上越新幹線にE7系を大幅に増発し、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。
E2系は「とき」6往復、「たにがわ」2往復に減便。

2023年1月10日に、「とき」3本(313号・341号・334号)「たにがわ」1本(404号)をE2系からE7系に変更。

2023年 3月18日のダイヤ改正により、上越新幹線の車両を全列車E7系に統一、最高速度を275km/hに引き上げ最大7分短縮。
これにより上越・北陸新幹線は12両編成に統一、東京発着の｢とき｣｢たにがわ｣全列車でグランクラス利用可能、全席座席コンセント設置となった。
同日から「とき」の臨時列車を全車指定席で運転。

列車名

現行の列車

※2023年3月18日現在

とき　
たにがわ

北陸新幹線から乗り入れ

過去の列車名

車両

※2023年3月18日現在

営業車両

E7系(F編成12両)

2014年3月から高崎以南に乗り入れる「あさま」として運用を開始。
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。西日本所属のW7系(W編成12両)も間合い運転に就いたこともある。
2023年3月18日からは上越新幹線の全列車を担当。最高速度を275km/hに引き上げ最大7分短縮。

事業用車両

E926形(East-i)

試験車両

E5系

登場当初は試運転で走行。2012年11月、2017年7月・11月に団体臨時列車として運転。U28編成に検測機能を搭載、East-iの代走として運転。

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。2012年9月28日に定期運用を終了。

200系

当初はE編成が運用され、JR化して暫くすると「あさひ」(現在の「とき」)にはF編成(1部は275km/h運転対応)と「とき」(1997年以降は「たにがわ」)にはG編成という体制になった。
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月から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。2017年3月を以て運転を終了。

E3系(700番台6両)

元・秋田新幹線用のR19編成を改造した観光列車。｢現美新幹線｣として2016年4月から2020年12月まで土休日を中心に運転。

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。

E2系(J編成8両→10両)

1998年12月から速達「あさひ」2往復に投入。当初はN編成と同じ赤帯の8両編成で運転。あさま型車両またはニューあさひとも呼称された。2002年11月まで運転。
2002年12月からはJ編成10両で運転。一部の「とき」「たにがわ」に投入。2004年3月に一時撤退するも、2013年1月に運転再開。
2019年3月に0番台の運用を終了し、以降は1000番台で運転。
2023年3月17日を以て定期運用を終了。

事業用車両

925形

試験車両

400系　
E954形(FASTECH360S)

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	●

余談だが、上越新幹線は全国のフル規格新幹線路線では唯一地名に「新」を冠した「新〇〇駅」が線内に存在しない（新潟駅についてはそもそもの地名に「新」の字が付いているため除外）。

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。
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った。