愛知機械工業は2ドアノッチバックセダン型軽乗用車・「コニー・360コーチ」を1961年10月に開催された第8回全日本自動車ショウに参考出品し、軽乗用車市場への進出を図った。360コーチは東京芸術大学在学中から愛知機械工業製の全ての軽四輪車のデザインを手がけた工業デザイナー・宮田脩平による端正な2ドアノッチバックセダンのスタイリング、愛知機械工業初のモノコック構造の車体、新開発のリアエンジン方式、そして四輪独立懸架のサスペンションを持った意欲作であったが、オート三輪と軽商用車の経験しかない愛知機械工業にとって、乗用車市場への参入は非常に大きな賭けであった。そこでまず、ライトバン型の「コニー・360コーチV」が翌1962年3月に発売された。セダンの機構を流用し、積載性能や耐久性よりも快適性が重視された、ステーションワゴン的な位置付けが与えられた。フロントシートがセパレート式でバックレストの角度調整が可能であったこと、リアエンジンでありながらわざわざコラムシフトを採用していたことも異色であった。乗用車版は結局、1962年10月の第9回全日本自動車ショウにも参考出品されながら遂に生産開始されずに終わり、ライトバン型のみが生産続行された。愛知機械工業自身はその理由を「製造品質面での乗用車感覚の確保に懸念があった」「設備投資の財務上の不安」と説明している。実際、前年に発売したコニー・グッピーが予想外の不振で2年足らずで生産中止に追い込まれた愛知機械工業の1962年9月期決算は赤字で、メインバンクの旧日本興業銀行の仲介で、日産自動車との提携に踏み切る、という時期であった。しかしリアエンジンでライトバンを製造したところで荷室スペースが限定される上、過積載が常識であった当時の使われ方では四輪独立懸架も耐久性不足という評価に終わることになり、より実用的なAF7型の影に隠れたまま、1965年9月、累計生産台数7,577台で生産中止、同年12月までに販売終了となった。乗用車市場への進出を断念した愛知機械工業は、その後もリアエンジン方式の140型(1963年)、前輪駆動方式の150型(1968年)という2種類の乗用車を試作したが、結局発売には至らなかった。乗用車メーカーになる代わりに愛知機械工業が選択したのは、日産自動車グループ入りという道であった。1962年11月に技術提携、1965年3月には業務提携へと進み、1966年からはサニー用エンジン・トランスミッションの生産を開始、1970年10月には自社ブランドでの自動車生産から撤退した。
動物園線は東京都立多摩動物公園への来場客のために建設され、その後は多摩動物公園駅の南側に設置された明星大学日野キャンパスや中央大学多摩キャンパスへの通学輸送を担い、特に中央大学多摩キャンパスへの大学機能移転が進んだ1970年代後半には大幅に利用者が増えた。しかし、動物園線と並行する上に、多摩動物公園駅の南側に両大学の最寄駅として中央大学・明星大学駅が設置された多摩都市モノレール線が2000年に開業して以来、利用客が激減した。その結果、帰宅時間帯に運転されていた不定期列車の廃止、編成の短縮、ワンマン化などの合理化が実施された。ただ、両大学での入学試験などでは列車が増発される。高幡不動駅 - 多摩動物公園駅間を乗車する場合と京王線沿線から多摩動物公園へ行く場合は、京王を利用する方が運賃・所要時間の点で有利である。現在は基本的に4両編成のワンマン運転列車が1時間に3本運転されている。車両はワンマン改造された7000系（4両編成 7801Fと7802F）が使用される。まれに他の編成および車両が入るが、その場合は車掌が乗務するツーマン運転となる。2002年から動物のイラストを車体にあしらうとともに中吊り広告も動物園関連のみの専用編成である「TamazooTrain」（当初は「TAMA ZOO TRAIN」）が運行されており、2011年3月13日までこれに6000系6722F（5扉車）が使用されていた。後継の7000系はしばらく専用の装飾を施さない状態で運行されていたが、2011年3月28日より新たに2代目専用車両となった7801Fの側面に動物のイラストがラッピングされた。なお、2代目の動物のイラストは先代と異なる。これに加え、2006年9月1日のダイヤ改定からそれまで観光シーズンとオフシーズンに分かれていた土曜・休日ダイヤが一本化され、2016年9月16日改定の現行ダイヤでは通年で土曜日・休日に京王線新宿発多摩動物公園行きの急行が1本運行されている。また、かつては平日にも新宿発の急行が1本設定されていたほか、土曜日・休日には都営新宿線本八幡発の急行（新宿線内各駅停車）が1本、新宿行きの急行が3本設定されていた。平日の朝に8両編成の列車が1往復ある。土曜日・休日の新宿からの急行は10両編成で9時台に運行されている。9-10時台と14-15時台は4両編成のワンマン列車のほかに、10両編成の列車が往復する。この時間帯は、10両編成が高幡不動2番線と多摩動物公園1番線に発着し、4両編成が高幡不動1番線と多摩動物公園2番線に発着する。2006年9月のダイヤ改定前は観光シーズン中の土曜日・休日に動物園への来園客のために新宿発の直通急行が設定され、高幡不動駅までの線内往復列車も最大で1時間あたり6本運転された。さらに、2001年3月27日のダイヤ改定まではシーズンダイヤ休日に高幡不動駅で高尾線系統と分割・併合する急行があった。高幡不動駅の構造上、高尾線系統と併合する上り急行は2番線に到着後同駅までの乗客を降ろして一旦京王八王子方に進み、それから上り線に転線し、4番線に入って高尾山口からの編成を待っていた。かつては新宿発の通勤快速も存在していた。2011年7月から9月にかけての節電ダイヤでは京王線に直通する急行運転が休止され、当線を走行する列車は線内運転の各停のみとなった。