かつて昭和後期の国鉄時代にはディーゼル機関車（DD51など）が牽引する客車による長距離普通列車が多く運行されており、その中でも最も長い距離を走行する各駅停車が山陰本線の824列車（824レ）だった（当時の日本最長距離普通列車でもあった）。福岡県の門司を朝5時52分に発車して日本海沿いの山陰本線を走り京都府の福知山に23時51分に到着する走行距離595.1キロを18時間29分かけて走行していた名物列車であったが1984年のダイヤ改正で廃止されている。このような列車が運行されていた理由は当時の山陰地方は高速道路や国道バイパス等の整備がまだまだ進んでおらず、列車に併結する形で郵便や小荷物輸送を行っていたからである。

国鉄末期からJRの初期にかけて一部区間に電化工事が行われ京都⇔城崎温泉、及び伯耆大山⇔西出雲の区間が電化されている。また上記の京都市の近郊区間である京都⇔園部間は保津峡付近の大規模なルート変更を伴う複線化工事も同時に行われている。

現在も日本海沿いの長閑な味わいはさほど変わらず、「偉大なるローカル線」とも称されることがある。

途中の鎧駅～餘部駅間には山陰本線のシンボルともいえる優美なトレッスル橋梁として知られる「餘部橋梁」があったが、強風による列車運休や遅れの原因となったことや老朽化のため2010年 7月16日をもって供用を終了した。

隣接して新橋梁が建設され、同年8月12日より供用開始されている。

貨物列車は伯耆大山駅 - 米子駅間に最後まで残っていた貨物列車が2015年3月貨物駅の統合により廃止され、山陰本線内での定期貨物列車は全廃された。但し、山陽本線内の災害時における限定的な迂回ルートとしての運行は可能な状態であり、実際に迂回貨物輸送が行われたことがある。

駅一覧

乗り換え路線で社名がないものはJR西日本の路線とする。

京都駅～園部駅

嵯峨野線を参照。

園部駅～城崎温泉駅(電化区間)

●：全列車停車 ▲：一部停車｜:通過

駅名	特急きのさき	特急はしだて	特急まいづる	特急こうのとり	特急はまかぜ	乗り換え路線	備考
園部	●	●	●			嵯峨野線
船岡	｜	｜	｜
日吉	▲	｜	▲
鍼灸大学前	｜	｜	｜
胡麻	｜	｜	｜				ここまで近畿ICOCAフルエリア
下山	｜	｜	｜
和知	｜	｜	｜
安栖里	｜	｜	｜
立木	｜	｜	｜
山家	｜	｜	｜
綾部	●	●	●			舞鶴線	ICOCA利用可である。また、特急まいづるは、ここから舞鶴線へと入っていく。
高津	｜	｜
石原	｜	｜
福知山	●	●		●		福知山線京都丹後鉄道(北近畿タンゴ鉄道)宮福線	ICOCA利用可である。また、ここから特急はしだては宮福線へ入り、特急こうのとりはこの駅から山陰本線を通る。
上川口	｜			｜
下夜久野	｜			｜
上夜久野	｜			｜			ここまで京都府
梁瀬	｜			｜			ここから兵庫県
和田山	●			●	●	播但線	ICOCA利用可である。また、この駅から特急はまかぜが山陰本線を通る
養父	｜			｜	｜
八鹿	●			●	●		ICOCA利用可
宿南信号場	｜			｜	｜
江原	●			●	●		ICOCA利用可
国府	｜			｜	｜
豊岡	●	●		●	●	京都丹後鉄道宮豊線(北近畿タンゴ鉄道宮津線)	ICOCA利用可である。また、特急はしだては最終的にこの駅に来る
玄武洞	｜			｜	｜
城崎温泉	●			●	●	山陰本線(鳥取方面)	ICOCA利用可

豊岡駅・城崎温泉駅～鳥取駅

電化区間：豊岡駅～城崎温泉駅

●：全列車停車｜:通過

駅名	特急はまかぜ	乗り換え路線	備考
豊岡	●	山陰本線(京都方面) 京都丹後鉄道宮豊線(北近畿タンゴ鉄道宮津線)	はまかぜ以外の特急は上記を参照。
玄武洞	｜
城崎温泉	●		ここまで電化区間。また、はまかぜ以外の特急は上記を参照。
竹野	●
佐津	｜
柴山	｜
香住	●
鎧	｜
餘部	｜
久谷	｜
浜坂	●
諸寄	｜
居組	｜		ここまで兵庫県
東浜	｜		ここから鳥取県
岩美	●
大岩	｜
福部	｜
滝山信号場	｜
鳥取	●	因美線山陰本線(米子方面)

鳥取駅～米子駅

電化区間：伯耆大山駅～米子駅

●：全列車停車 ▲：一部停車｜:通過

駅名	快速とっとりライナー	乗り換え路線	備考
鳥取	●	因美線山陰本線(豊岡方面)
湖山	▲
鳥取大学前	●
末恒	▲
宝木	▲
浜村	●
青谷	●
泊	▲
松崎	▲
倉吉	●
下北条	▲
由良(コナン駅)	▲
浦安	●
八橋	｜
赤崎	●
中山口	｜
下市	▲
御来屋	▲
名和	｜
大山口	▲
淀江	▲
伯耆大山	●	伯備線	ここから電化区間&山陰ICOCAエリア。
東山公園	｜
米子	●	境線山陰本線(出雲市方面)

米子駅～益田駅

電化区間：米子駅～西出雲駅

●：全列車停車 ▲：一部停車 ↑↓:通過

■:米子駅～大田市駅間の各駅に停車する下り列車、石見福光駅を除く益田駅～大田市駅間の各駅に停車する上り列車のみが停車

駅名	快速とっとりライナー	快速アクラライナー下り	快速アクラライナー上り	快速通勤ライナー	乗り換え路線	備考
米子	●	●	●	●	山陰本線(鳥取方面) 伯備線境線	ここまで鳥取県
安来	●	●	●	●		ここから島根県
荒島	●	●	●	●
揖屋	●	●	●	●
東松江	●	●	●	●
松江	●	●	●	●
乃木	●	●	●	↑
玉造温泉	●	●	●	↑
来待	●	●	●	↑
宍道	●	●	●	●	木次線
荏原	●	●	●	●
直江	●	●	●	●
出雲市	●	●	●	●	一畑電車北松江線	ここまで山陰ICOCAエリア
西出雲		▲	▲			ここまで電化区間。
出雲神西		■	↑
江南		▲	▲
田儀		▲	↑
波根		▲	▲
久手		■	↑
大田市		●	●
静間		↓	■
五十猛		↓	■
仁万		●	●
馬路		▲	▲
湯里		↓	■
温泉津		●	●
石見福光		↓	↑
黒松		▲	▲
浅利		↓	■
江津		●	●			三江線(廃線)終点
都野津		●	●
浅利		↓	■
波子		●	●
久代		↓	■
下府		▲	▲
浜田		●	●
西浜田		●	●
周布		●	▲
折居		●	●
三保三隅		●	●
岡見		●	▲
鎌手		●	▲
石見津田		●	▲
益田		●	▲		山口線山陰本線(下関方面)

益田駅～下関駅

電化区間：幡生駅～下関駅(山陽本線区間)

駅名	乗り換え路線	備考
益田	山口線山陰本線(出雲市方面)
戸田小浜
飯浦		ここまで島根県
江崎		ここから山口県
須佐
宇田郷
木与
奈古
長門大井
越ケ浜
東萩
萩
玉江
三見
飯井
長門三隅
長門市	美祢線山陰本線仙崎支線
黄波戸
長門古市
人丸
伊上
長門粟野
阿川
特牛
滝部
長門二見
宇部本郷
湯玉
小串
川棚温泉
黒井村
梅ケ峠
吉見
福江
安岡
梶栗郷台地
綾羅木
幡生	山陽本線(新山口方面)	ここから山陽本線且つ電化区間。
下関	山陽本線(小倉方面《JR九州》)