羽田空港の沖合展開事業（沖展）の中、拡大する空港及びターミナルに対して、東京モノレールだけでは増大する輸送量に対応できないとの判断から、念願の羽田空港乗り入れが認められた。1993年に羽田駅（現在の天空橋駅）が空港島内に開業して都心方面（本線・都営地下鉄浅草線）からの直通運転が開始され、1998年には羽田空港駅が開業し、羽田空港へのアクセス路線として本格的に機能するようになった。この際に「京急、搭乗。」という航空会社のカウンターや旅客機の傍らに京急の車両（600形が使われた）が横付けするイメージ広告ポスターを製作して、京急線各駅や東日本旅客鉄道（JR東日本）の車両や駅などに掲出したほか（2002年に東京モノレールがJR東日本の傘下となって以降はJR線内ではほとんど行われなくなった）、他空港とそのアクセス鉄道・バス（南海電気鉄道、大阪モノレール、福岡市地下鉄など）にも積極的に出稿した。さらに横浜、逗子方面や成田国際空港への直通列車も設定され、空港アクセス路線としてさらに積極的に活用されることになり、東京モノレールと激しい乗客獲得競争を繰り広げている。東洋経済新報社は、2015年頭時点での羽田アクセスに対する京急と東京モノレールのシェア比を「6対4程度」と見込んだ上で、JRの上野東京ライン開通で東北本線（宇都宮線）・高崎線・常磐線が東京モノレールの連絡駅である浜松町駅を通過して京急の連絡駅である品川駅に乗り入れることから、さらに京急が優位に立つだろうと分析している。
1902年（明治35年）、京浜電気鉄道の穴守線（あなもりせん）として単線の専用軌道で開業。当時は羽田支線とも呼称され、大森停車場前（大森駅）と穴守を結ぶ列車が運行されていた。1910年（明治43年）には複線となり、8分間隔での運行が行われる。戦前は空港島での潮干狩りや海水浴、当時島内にあった穴守稲荷神社への参詣など観光輸送の色合いが濃く、当時の京浜電鉄も海の家や海水プールを直営し、観光開発に力を入れていく。夏季には海水浴輸送のため本線と直通する急行列車も運転された。その後、羽田に飛行場が整備されると、飛行場への人員輸送も行われるようになっていった。
各駅停車で、早朝 - 朝ラッシュ時・夕方以降のみ運行される。基本的に線内ピストン運転で運行されるが、京急久里浜（発のみ）・浦賀・新逗子（発のみ）・神奈川新町（着のみ）・品川（着のみ） - 羽田空港間で設定されている。線内運転の列車は多くが8両編成だが、本線直通列車および一部の線内運転列車は4両または6両の編成で運行される。
すべての列車が京急蒲田駅 - 羽田空港国内線ターミナル駅間の全線通しで運転し、途中駅での折り返しはない。下り（羽田空港国内線ターミナル駅行き）の行き先はすべて「羽田空港行き」として案内される。大半の列車は京急本線（品川方面・横浜方面）に直通し、線内折り返しは朝ラッシュ時に見られるのみである。快特とエアポート快特は線内に通過駅を有するが、それ以外の種別は各駅に停車する。線内の各駅は通過線を持たないため、緩急待避は行われない。本線品川方面に直通する列車の多くはそのまま都営地下鉄浅草線に直通し、京成押上線・京成本線を経て北総鉄道北総線、京成成田空港線（成田スカイアクセス線）、京成東成田線、芝山鉄道線まで乗り入れる。成田スカイアクセスの開業後は、スカイアクセス線と線路を共有している北総線方面に直通する列車が増発されたが、京成本線京成船橋駅・京成佐倉駅・京成成田駅方面に直通していた列車の多くが青砥駅・京成高砂駅発着に変更された。かつては毎年12月31日から翌年1月1日にかけて終夜運転を行っており、近年では最終電車を繰り下げているが、羽田空港の警備上、羽田空港国内線ターミナル駅まで営業運転されず、営業区間は京急蒲田駅 - 穴守稲荷駅間となる。ただし、穴守稲荷駅での折り返しは不可能なため、到着した列車は羽田空港国内線ターミナル駅まで回送される。
本作品もそれまでのウルトラシリーズと基本的には同じフォーマットを踏襲したドラマの制作がなされているが、その作風は大きな変化を遂げている。企画書には「骨肉相食む人間ドラマ」の方針が明記され、第39話までのシナリオの表紙には「生きる厳しさと哀しさを鮮烈に謳う」のキャッチコピーが掲げられた。これらのコンセプトに則り、主人公・おゝとり（おおとり）ゲンが強敵や周囲の人間たちとの軋轢によって過酷な状況に追い込まれて苦悩し、成長していくストーリーとなった。そのための特色として、ゲン＝ウルトラマンレオがそれまでのウルトラマンのようにM78星雲光の国出身ではなく、故郷を失った宇宙人と設定されている。作風の変化には『ノストラダムスの大予言』や『日本沈没』などの流行による終末ブームの影響もあるとされる。当時の空手・カンフー映画ブームを受け、レオはそれまでの光線技ではなく格闘技を用いて戦うスタイルとなり、スポ根・アクション要素を全面に押し出した作風となっている。そして、変身できなくなったウルトラセブン＝モロボシ・ダンが主人公を指導する役を担い、それを取り巻く民間人が中心になってドラマを進めるスタイルが採られている。また、メインターゲット視聴者の子供達の視点に立つ人物として梅田トオル・カオル兄妹が登場し、もう1人の主人公と言える立場で後半のドラマを担っていくことになる。企画段階では、「A（エース）」「T（タロウ）」に続くアルファベット1文字のタイトル表記を受け継ぐ案があり、いくつかの資料では「ウルトラマンL（レオ）」と表記されていた。放送開始については当初、1974年4月5日から放送を予定していたが、前作『タロウ』の放送期間が1週間延長されたために同年4月12日から放送開始となった。この理由には「『レオ』の製作が遅れたため『タロウ』を1話撮り増した」「4月から放送開始する他の特撮ヒーロー番組と競合する編成を避けるためだった」という2説が存在する。