初是作为多摩新市镇的通勤铁路。在通车至小田急多摩中心站时，原先计画与京王相模原线并行至桥本站，但因与京王相模原线竞合及旅客需求不足等因素改延伸至唐木田站，并开设喜多见检车区唐木田出张所（唐木田车库）。相模原市与町田市正在推动多摩线经横滨线相模原站至相模线上沟站方向的延伸计画。从通车至2002年（平成14年）为止，列车都採取线内折返运行，不过，2018年3月17日现在的午间时段每小时有三班新宿直通的急行列车。急行列车在多摩线内停靠栗平站、小田急永山站、小田急多摩中心站、唐木田站。以前平日夜间有开设