同じ区間を結ぶ東海道本線と比較して山間部を走る路線であり、勾配もきつく距離も長いため、全線を通しての通過輸送はほとんどない。しかし、東京と山梨県・長野県中南部、あるいは名古屋と長野県を結ぶ重要な輸送ルートになっている。

こうした性格は、中央本線の輸送形態にも現れている。松本駅に連絡する篠ノ井線との連絡駅であり、JR東日本とJR東海の境界駅でもある塩尻駅を境に東京駅 - 塩尻駅を中央東線（ちゅうおうとうせん）、塩尻駅 - 名古屋駅間を中央西線（ちゅうおうさいせん）と呼び区別することがある。中央東線と中央西線では、塩尻駅の駅位置移転（1982年5月17日）以降、進行方向も塩尻駅を境に異なるようになった。どちらの線の列車も、大半が塩尻駅から篠ノ井線松本駅方面に直通しており、両線を直通する旅客列車は2009年現在では基本的にはない。ただし、貨物列車や団体臨時列車などの一部の列車は旧塩尻駅構内（いわゆる塩尻大門）の両線直通用の単線線路を通り、塩尻駅のホームを経由せず塩尻駅自体を通過する形で両線を直通している。また、後述の臨時急行列車「たてしな」と臨時特急列車「あずさ木曽」号は、塩尻駅4番線ホームで折り返して運転した。なお、中央西線区間については、国鉄時代から、列車番号を路線本来の方向とは逆に、名古屋から塩尻へ至る方向（距離標の数字が下がっていく方向）を「下り」（奇数）としている。