1985年に北海道新長期総合計画骨子案のプロジェクトの一つとして道内を結ぶリニアモーターカー路線網案が検討され、その後新千歳空港-札幌間でのリニア実験線誘致に向け1986年7月に北海道経済連合会ら8団体が「北海道磁気浮上式超高速鉄道推進協議会」（1990年に北海道リニアモーターカー推進協議会に名称変更）を設立し、87年10月には新長期総合計画に正式に盛り込まれた。計画は総工費約1千億円・総延長約43㎞・所要時間8分を想定し空港アクセスにより十分に採算が取れるとしていたが経済界がJRリニア式、JRがHSST式による建設想定といった認識のずれなど意思統一が取れず誘致は劣勢となり、1989年に運輸省が山梨・宮崎・札幌-新千歳を建設候補地として選定したのち山梨県への建設に決定。札幌-新千歳間の計画については実用線第一号として誘致活動を続け北海道リニアモーターカー推進協議会は1990年に財団法人「北海道リニアモーターカー調査会」を設立したが、その後1997年の第三次北海道長期総合計画ではリニア計画が削除され誘致活動が実質終了し2000年5月には建設コスト低減の見通しが立たないとして「北海道リニアモーターカー調査会」を解散し誘致を正式に断念した。この他、1972年には日本航空がHSSTによる札幌-千歳空港間約45kmの鉄道アクセス計画を発表し1976年には1980年の実用化と第三セクター式による運営、恵庭・北広島に途中駅を置く構想としていたが実現に至らなかった。
1999年に北海道・JR・日本鉄道建設公団などが新千歳空港駅から胆振・日高方面への新線の研究グループを発足させ検討を行った。延伸部分5-10キロのトンネル掘削と南千歳-新千歳空港駅間の複線化トンネル新設を合計し総工費1000億円と試算され、9月には支線の南方に延伸し滑走路地下を経由し千歳線本線に合流させ石勝線直通も想定した6.1キロルート・南方延伸で滑走路を横切らない8.5キロルート・滑走路北側地下で弧を描き本線に合流する3ルートが提示され滑走路北側ルートは大幅な工費節約が見込まれていた。2018年にはJR北海道の経営改善や道東・苫小牧方面への利便性向上を目的として再度支線の複線化とホーム増設、苫小牧方面・石勝線方面への新線建設構想が報道され、国の主導による工事で空港敷地内も含まれることから空港整備勘定の活用も検討し2022年の完成を見込むとしていたが、2019年4月に発表されたJR北海道の長期経営計画では千歳線の強化策として快速エアポートの7両化とともに苫小牧方面へのスルー化を2023年以降に検討するのみにとどまっている。
日本最北および最東の空港駅であり、新千歳空港国内線旅客ターミナルへ直結している。2014年（平成26年）に海峡線（津軽海峡線）吉岡海底駅・竜飛海底駅が廃止されてからは、JR北海道唯一の地下駅となっている。また、札幌市営地下鉄東西線新さっぽろ駅よりも東に位置していることから、日本国内で最も東にある地下駅でもある。当駅の利用者は道外からの観光客が多い。早朝・深夜時間帯に普通列車が発着する以外は、ほぼ全ての列車が快速「エアポート」である。当駅発の全ての列車が札幌駅へ行き、かつ同駅まで先着する。2016年3月26日改正ダイヤにおいては、当駅発8時15分から20時45分の間は快速「エアポート」のみの15分毎等間隔運転で、日中は1時間あたり小樽行き2本（毎時00分・30分発）、札幌行き2本（毎時15分・45分発）の運転となっている。2016年3月25日までは、札幌からはL特急「スーパーカムイ」として運転する旭川行きも運行されていたが、現在は廃止されている。札幌までの所要時間は約37分。苫小牧・東室蘭・函館方面及びトマム・帯広・釧路方面へは隣の南千歳駅で乗り換えとなる。開業当初は臨時列車などで気動車型特急が入線していたことがある。
本線は1953年（昭和28年）に琉球政府道に指定。1972年（昭和47年）の本土復帰とともに県道となった。竹富町内にはほかに小浜島に沖縄県道210号小浜港線、黒島に「日本の道100選」に選ばれた沖縄県道213号黒島港線の2つの県道があるが、いずれも1980年（昭和55年）に指定されたもので、本土復帰前からの県道（復帰前は政府道）はこの路線のみである。西表島では島の東西にそれぞれ集落が形成されたが、亜熱帯の森林に覆われた山地が島の大半を占めるため、かつては東西を結ぶ陸路はなく、住民が東西を往来するためには手漕ぎの刳船を使うか、いったん石垣島を経由するしかなかった。しかし、1977年（昭和52年）に船浦橋の供用が開始されて本線が全線開通したことにより、島の東西が結ばれた。1986年（昭和61年）3月13日には、大原郵便局前交差点に町内初の信号機が設置された。1993年（平成5年）1月20日に祖納-白浜間に西表トンネルが開通。また、同年4月1日にそれまで沖縄県内最長の県道だった沖縄本島北部東海岸の主要地方道名護国頭線（県道70号・名護市二見 - 国頭村奥）の一部の区間が国道331号に昇格し、残りの路線を引き継いだ主要地方道国頭東線（県道70号）が本路線より短くなったため、沖縄県内の県道で最長となった（主要地方道を除く一般県道としては、その前から最長であった）。