群馬県の高崎駅から横川駅に至る路線と、新潟県の直江津から長岡を経由し、新潟駅に至る路線の、2路線から成る。
かつては1本の路線であったが、路線は長野を経由して大回りしているため、新潟方面へは短絡する「上越線」がメインルートとして使われ、信越本線は主に、首都圏と長野方面を結ぶ大動脈として機能していた。
しかし、その途中には、JRでも屈指の難所である碓氷峠があり、運行上のネックにもなっていた。
そこで、首都圏と長野方面の輸送力増強のため、長野新幹線(北陸新幹線の一部)が建設される事になる。
1997年10月の新幹線開通と引き換えに、長距離利用の見込めなくなった信越本線の並行区間は、JRから経営分離される事になった。
横川-軽井沢間の「碓氷峠」区間は廃止(JRバス関東碓氷線に転換)、軽井沢-篠ノ井間は第三セクターの「しなの鉄道」となり、信越本線は現在の姿に分断された。
北陸新幹線金沢開業後がさらに分断され、長野-妙高高原が前述のしなの鉄道に、妙高高原-直江津はえちごトキめき鉄道に移管され、全部で4つ(碓氷峠のバスを別にすれば5)の鉄道会社の路線に細切れされている。