日本の首都東京から西へ伸び、甲州街道（東京 - 下諏訪間）・中山道（下諏訪 - 名古屋間）に沿って山梨県、長野県南部、岐阜県南部を経由して名古屋までを結ぶ鉄道路線である。東京・名古屋の両都市から沿線各地域や信州地区を結ぶ特急列車が頻繁に運転されているほか、両都市圏では都心部への通勤輸送の役割も担う。また、日本貨物鉄道（JR貨物）による貨物列車も運転されている。

国鉄分割民営化時に当時の運輸省に提出された事業基本計画、および国土交通省監修『鉄道要覧』では、東京駅 - 神田駅間は東北本線、代々木駅 - 新宿駅は山手線となっている。これは先行敷設路線との営業距離の重複計上を行わないためのものであり、線路は独立している。ただ、マルスのシステム上の経路表示における「中央（東）線」は、「東京 - 神田 - 代々木 - 新宿 - 韮崎 - 」となっており、東京 - 神田間は東北本線と重複、山手線の代々木 - 新宿間は分断されている。なお、金山駅に東海道本線のホームが設けられたことで、同様に東海道本線と重複することになった金山駅 - 名古屋駅間（ただし同駅間にある尾頭橋駅に中央本線ホームはない）は、現在も重複計上されている。

東京駅 - 韮崎駅間は東京近郊区間であり、そのうち東京都内である東京駅 - 高尾駅間が電車特定区間、加えて東京駅 - 新宿駅間が東京山手線内に含まれており、それぞれ区間外よりも割安な運賃が適用される。御茶ノ水駅 - 三鷹駅間は、快速電車や特急列車が走行する急行線と各駅停車が走行する緩行線に分離された線路別複々線となっている。また、東京近郊区間、中央西線の中津川駅 - 名古屋駅間はそれぞれIC乗車カードのSuica、TOICAの利用可能エリアとなっている（相互利用可能なカードについては各カードの記事を参照）。