釧路方の起終点は東釧路駅であるが、全列車が根室本線に直通し釧路駅に発着する。国鉄時代は急行「しれとこ」などの優等列車が運行されていたが、急行「しれとこ」が廃止された1986年（昭和61年）11月1日以降、定期列車は普通列車と1989年（平成元年）5月1日運転開始の快速「しれとこ摩周号」のみが運転されており、このほか各区間で臨時列車が運行される。臨時列車以外はすべてワンマン運転が行われる。
2016年（平成28年）11月18日、JR北海道は厳しい経営状況を理由に「自社単独で維持することが困難な路線」として、10路線13区間を発表した。釧網本線は「自社単独では老朽土木構造物の更新を含め『安全な鉄道サービス』を持続的に維持するための費用を確保できない線区」とされた。維持する場合、運営赤字のほか、今後20年間の土木構造物の大規模修繕・更新に33億円（概算）、車両（8両、観光用車両含まず）の更新に16億円（概算）がかかるとされている。この指定を受けた線区については各種施策による経費節減や値上げなどの負担、利用促進、上下分離方式などをポイントに、地域と協議の上で輸送サービスを鉄道として維持するか検討を進めていくとしている。なお、北海道による総合交通政策検討会議が2018年（平成30年）2月10日に発表した「北海道の将来を見据えた鉄道網（維持困難線区）のあり方について」では、「交通政策を推進する上での基本的な考え方」として、本区間は「観光客の利用だけで鉄道を維持していくことは難しいことから、関係機関が一体となって、観光路線としての特性をさらに発揮するよう取組を行うとともに、地域における負担等も含めた検討・協議を進めながら、路線の維持に最大限努めていくことが必要と考える」としている。
古くからの湯治の地であり、元々の地名表記は「阿多美」（阿多美郷）であったが、海から熱い湯が湧き出ていたことや「あつうみが崎」とも呼ばれていたことなどから、江戸時代までには「熱海」表記が定着した。熱海温泉の開湯伝説としては、奈良時代（749年）に箱根の万巻上人が、漁民を困らせていた海中にあった泉脈を山里（大湯間歇泉）へ移し、そこに湯前神社（湯前権現）を作ったという由来が伝わっている。『伊豆風土記』の記述（713年）にも、大湯間歇泉を表現していると見られる箇所がある。どちらの場合も、湯前神社に祀られている神である少彦名神に言及している。また北部の伊豆山地区の伊豆山温泉（走り湯）は、699年（文武3年）に役小角（役行者）によって発見されたとする開湯伝説が伝わっており、さらに北端の泉地区が関わっている湯河原温泉は、万葉集の歌にも詠まれているなど、総じてこの地域の温泉の起源は、古代に遡るほど古い。またこの地域は、古くからの山岳霊場である十国峠（日金山）の影響下にある地域でもあり、伊豆山神社（伊豆山権現）も元々は、応神天皇・仁徳天皇の時代に松葉仙人が日金山に「伊豆山の浜辺に現れた神鏡」を祀る祠（現・日金山東光寺）を創ったのが起源とされ、数度の東遷を経て836年（承和3年）に現在地に落ち着いたと社伝で伝えている。そして源頼朝以来、伊豆山神社（伊豆山権現）が箱根神社（箱根権現）と共に「二所権現」に指定され、「二所詣」が行われるようになると、日金山は両社を結ぶ要所の霊場として発展し、各地からの参拝道も整備された。かくして戦国時代以前までは、源頼朝や鎌倉幕府3代将軍源実朝をはじめとする東国武士に崇敬された伊豆山神社（走湯神社, 伊豆山権現）の麓にある伊豆山温泉（走り湯）の方が有名だったが、伊豆山・箱根両権現の別当寺（神宮寺）所属の僧兵たちが小田原の北条氏に加担したことで、1590年（天正18年）の豊臣秀吉による小田原攻め（小田原征伐）の過程で一帯が焼き討ちに遭うなど多大な被害を被ることになり（江戸時代に再建）、他方の熱海温泉は、1593年（文禄2年）9月に関白・豊臣秀次が40日余り湯治に訪れ、さらに1602年（慶長7年）と1604年（慶長9年）3月に徳川家康が湯治に来て気に入り、その後江戸幕府3代将軍徳川家光が現在熱海市役所がある場所に湯治用の「御殿」（ごてん）を造ったり、4代徳川家綱以降は熱海の湯を江戸城まで運ばせる「御汲湯」（おくみゆ）が行われるなど、「将軍御用達の湯」として徳川家に愛用されたため、江戸時代には「温泉番付」で行司役の一角を占めるほどに全国的な知名度と特権的格付けを獲得した。江戸時代の熱海温泉は、「大湯」の周辺（現・熱海ニューフジヤホテル別館（アネックス）周辺）に27戸程度の「湯戸」（ゆこ）と呼ばれる引湯権を持った特権的な温泉宿が連なって湯治場が形成されていた。江戸時代の熱海村は幕府直轄地（天領）だったため、江戸に滞在している大名・旗本やその親族も、幕府の許可を得て度々湯治に訪れた。（なお、「御殿」跡は明治維新後に熱海村の公有地となるが、三菱の岩崎弥太郎が1878年（明治11年）に買い取って宮内省へ提供し、1889年（明治22年）から1931年（昭和6年）まで、主に大正天皇の療養を目的とした、当時横浜・神戸に次ぐ3番目の御用邸である「熱海御用邸」が建てられていた。その後熱海町へと払い下げられ、現在当地には市役所が立っている。）