チャリングクロス・ユーストン・アンド・ハムステッド鉄道は1907年6月22日に当地に駅を開設したが、1908年9月3日にセントラル線東行ホームとノーザン線北行ホームをつなぐ通路が開設されるまで駅名はオックスフォード・ストリートとされていた。ノーザン線の北隣りの駅はこの日までトテナム・コート・ロードを名乗っていたが、同日付でグージ・ストリート駅に改名している。元の駅舎はオックスフォード・ストリートとチャリング・クロス・ロードの交差点の南東角にあり、当時エレベーターが設けられていた穴と非常階段は駅舎改築後も残されている。ノーザン線北行ホームに降りるエスカレーターの容量が不十分なため、この非常階段を利用してホームに降りる乗客が少なくない。エレベーター用の穴は事務所及び駅施設として使われている。チャリングクロス・ユーストン・アンド・ハムステッド鉄道開業時の駅舎はセンター・ポイントタワーを建設する際に取り壊された。
多くの列車でワンマン運転を実施している。かつては「前乗り前降り」を採用していたが、現在は「後乗り前降り」に変更されている。ただ、整理券は前後のどちらのドアでも発券されるので、乗降区別に関しては徹底されていない。車両は八戸運輸区に所属するキハ100形を使用している。八戸線用のキハE130系が代車として臨時運用されることもあるが、後述の盛岡車両センターからの転属もありごく稀である。以前は多客時や車両検査等の代替運用で車掌乗務のキハ40系が運行されることがあったが、2010年（平成22年）12月のダイヤ改正にあわせ、盛岡車両センターから、キハ100-21が転属して6両体制に、さらに2014年（平成26年）3月15日ダイヤ改正に伴い同センターよりキハ100-20が転属し7両体制となったことでキハ40の代走は解消されている。JRの路線としては孤立路線であるため、八戸運輸区への出入庫は青い森鉄道線を経由して行われることになる。2015年（平成27年）6月時点では、各駅に停車する線内運転の普通列車のほか、青い森鉄道線に乗り入れて青森駅・八戸駅 - 大湊駅間で運転される快速列車「しもきた」が定期運転されている。「しもきた」は5往復設定されているが、大湊線内でも快速として運転される列車は下り2本・上り3本のみで、他は大湊線内は各駅に停車する普通列車となる。さらに臨時列車としてハイブリッド車であるJR東日本HB-E300系を使用した「リゾートあすなろ下北」が2往復設定されている（運転されるのはこのうち1往復のみで、日によっては同じ時刻、あるいはもう1往復の時刻で代わりに後述の臨時快速「リゾートうみねこ下北」などを運転）。2010年（平成22年）時点で、線内の列車交換はすべて陸奥横浜駅にて行われている。2012年（平成24年）10月には新青森駅 - 大湊駅間を運転していた「リゾートあすなろ下北」のうち1号・2号の1往復が減便され、代わりに八戸駅 - 大湊駅間に臨時快速「まさかり」が1往復運転されるようになった。これにより大湊線内の停車駅には変更は生じていないが、快速「まさかり」に用いられる車両は八戸線を走行していた「うみねこ」であり、最新鋭のハイブリッド車両から従来型の気動車になり、大湊線の走行車両としては唯一の非冷房車両となっていた。2014年（平成26年）3月のダイヤ改正では青森駅 - 大湊駅間直通運転が1日2往復から1往復に減便、八戸駅 - 大湊駅間直通運転が1日3往復から4往復に増便された。2014年（平成26年）5月 - 6月の間は快速「まさかり」が快速「なのはな」として、2014年7月以降は快速「はまなすベイライン」として運転され、2015年7月から2016年2月には「はまなすベイライン」が八戸線に直通運転している。2018年（平成30年）7月からは臨時快速「リゾートうみねこ下北」が「リゾートうみねこ」で八戸駅 - 大湊駅間に運転されている。大湊線は海岸沿いの平坦線でカーブも少なく、かつ駅数も少ない。路線両端をのぞいた北野辺地駅 - 赤川駅間では、有戸駅 - 吹越駅間 13.4 km の突出例以外でも、駅間距離が 5 - 7 km 程度と概して長いのが特徴である。このため最高速度は 85 km/h 制限でありながら、駅停車やカーブ前後の加減速に伴うタイムロスが少なく、高性能車両であるキハ100形を使用していることもあり表定速度が比較的高い。2010年（平成22年）3月13日改正時点では、各駅停車の普通列車でも全線を60 - 62分で走破しており、快速「しもきた」のうち線内最速列車となる上り3728Dは、大湊駅 - 野辺地駅間を下北駅・陸奥横浜駅の2駅停車で所要50分、表定速度は 70.0 km/h に達していた。2015年6月時点では全線の所要時間は各駅停車の普通列車で61 - 62分、快速「しもきた」最速列車（下り3275D・上り3728D 途中陸奥横浜駅・下北駅の2駅停車）で51分、表定速度 68.7 km/h になっている。なお大湊線は、西が陸奥湾に面し、東に下北半島の低い山地を抱える地形条件から、強風・降雨・降雪・倒木による運休が冬季を中心に頻繁に生じている。気象条件による運休は前日、当日の早い時間から計画していることが多く、この場合にはバス代行輸送が行われる（野辺地駅 - 大湊駅間のバス代行で所要時間は約1時間30分）。代行バスは下北交通とJRバス東北の2社が定期便に使用する車両を用いて運行する。