日本で最初に開業した鉄道である新橋駅（後の汐留貨物駅） - 横浜駅（現在の桜木町駅）間を含み、東海道（厳密には一部は美濃路・中山道）に沿って、首都東京から、横浜・静岡・名古屋・京都・大阪など主に本州の太平洋側の各都市を経て、神戸までを結んでいる。

路線の名称はかつて江戸と京都を結んでいた東海道から取られている（詳細は後述）。現代では東海道本線と並行する主要道路として東名・名神高速道路および国道1号が存在するが、いずれも東京・名古屋・大阪の三大都市圏を結んでいるものの、一部区間では経路が大幅に異なる地区がある。

日本を代表する動脈だが、遠距離の旅客輸送は東海道新幹線に譲り、並行する東海道本線の旅客輸送は地域輸送が中心となっている。一方で、全区間を通過する多数の貨物列車がJR貨物によって運行されている。気候は関ヶ原付近を除くと通年温暖で、改良により勾配も抑えられている。「平坦線・暖地向け」「幹線機」として事実上、同線向けに開発された車両も多数ある<ref>国鉄113系電車、国鉄C59形蒸気機関車、国鉄C62形蒸気機関車、国鉄EF57形電気機関車、国鉄EH10形電気機関車、国鉄EF65形電気機関車、国鉄EF66形電気機関車、JR貨物EF200形電気機関車、JR貨物M250系電車など</ref>。

JR東日本管轄の東京駅 - 熱海駅間（品鶴線含む）は東京近郊区間、JR西日本管轄の米原駅 - 神戸駅間は大阪近郊区間に含まれている。そのうち東京駅 - 大船駅間と品川駅 - 新川崎駅 - 鶴見駅間、京都駅 - 神戸駅間が電車特定区間、加えて東京駅 - 品川駅間が東京山手線内に含まれ、区間外より割安な旅客運賃が設定されている。また、東京近郊区間、大阪近郊区間、JR東海管轄区間のうちの函南駅 - 関ヶ原駅間は、それぞれIC乗車カードであるSuica・ICOCA・TOICAの利用可能エリアとなっている。これらのIC乗車券は相互利用が可能（他社エリアでも使用できる）だが、各社エリア間をまたがっての利用はできない（このほかの相互利用可能カードについては各カードの記事を参照）。