概要
西武鉄道が運営する鉄道路線。1928年に開通し1936年に全通。国分寺市・小平市・東村山市内を走行し、国分寺駅から多摩湖駅までの9.2kmを結んでいる。
「西武園ゆうえんち」の最寄りは山口線西武園ゆうえんち駅であり、多摩湖駅での乗り換えの利便性を考えると多摩湖線経由でのアクセスの方が便利であるが、西武園線終点の西武園駅からも土日祝にはバスが出ているため名前を勘違いして万が一乗り間違えてもそこまで心配いらない。なお2021年までは多摩湖駅（旧西武遊園地駅）と西武園駅の近隣にも西武園ゆうえんちの入口があったため、両駅とも最寄駅として案内されていた。
西武園競輪場は逆に西武園駅の方が近い(余談であるが、西武園とは西武鉄道が開発した東村山市同地区一帯の地名であり、レジャー施設そのものの総称ではない)。
運行ダイヤ
定期列車の運転種別は、現在各駅停車のみである。毎時4本～6本を運転。
基本的に全区間を通し運行するが、萩山折返しの列車の他、拝島線や新宿線への直通電車が平日朝に、土曜休日に不定期に西武新宿から西武遊園地行きの列車などが設定されている。
かつての国分寺駅のホームは有効長が60mしかなく、西武線の中で最も遅くまで17m級車体で吊り掛け駆動の赤電が運用されていた。
西武園線とは近接しているだけでなく、国分寺駅を起点とした路線体系というのも同じ（同線は国分寺線と駅ナンバリングが連番になっており直通運転が多い）。
あちらは(旧)西武鉄道が箱根ヶ崎線として計画したものであり、多摩湖線は武蔵野鉄道系である。
将来の車両置き換え時に他社の譲渡車両が導入されるのでは？と噂される路線の一つである。(国分寺線や西武多摩川線も可能性あり)
駅一覧
| 駅番号 | 駅名 | 読み | 乗換路線 |
|---|---|---|---|
| ST01 | 国分寺 | こくぶんじ | 西武国分寺線・JR東日本中央本線 |
| ST02 | 一橋学園 | ひとつばしがくえん | |
| ST03 | 青梅街道 | おうめかいどう | JR東日本武蔵野線(新小平駅まで徒歩連絡) |
| ST04 | 萩山 | はぎやま | 西武拝島線 |
| ST05 | 八坂 | やさか | |
| ST06 | 武蔵大和 | むさしやまと | |
| ST07 | 多摩湖 | たまこ | 西武山口線 |
