鹿児島本線
鹿児島本線（かごしまほんせん）は、福岡県北九州市門司区の門司港駅から小倉駅・博多駅・熊本駅を経由して熊本県八代市の八代駅までと、鹿児島県薩摩川内市の川内駅から鹿児島県鹿児島市の鹿児島駅までを結ぶ九州旅客鉄道（JR九州）の鉄道路線（幹線）である。このほか、日本貨物鉄道（JR貨物）の路線として香椎駅 - 福岡貨物ターミナル駅間の貨物支線がある。
九州の西岸を縦貫する重要幹線で、北九州市、福岡市、熊本市などの都市を相互に結ぶと共に、鹿児島都市圏の都市圏輸送を担う。北九州・福岡都市圏では快速・普通列車の本数が数多く設定されており、小倉駅 - 鳥栖駅間は日豊本線、長崎本線方面への特急列車も多く運転されている。ほかにJR貨物による貨物列車の運行も行われている。
元来は門司港駅 - 鹿児島駅間が一連の路線であり、福岡・熊本・鹿児島各県相互の都市間輸送の一翼を担っていたが、2004年（平成16年）3月13日に九州新幹線 (鹿児島ルート) の新八代駅 - 鹿児島中央駅間が開業した際に、並行在来線区間のうち八代駅 - 川内駅間が第三セクター会社の肥薩おれんじ鉄道に経営が移管され、鹿児島本線は上述の2区間に分断される形となった。一方で、川内駅 - 鹿児島中央間ならびに2011年に全線開業した時の並行在来線区間である博多駅 - 新八代駅 - 八代駅間については九州新幹線開業後も経営分離されず、JR九州が引き続き経営している。新幹線全線開業後、当路線で運行されていた特急「リレーつばめ」と「有明」は早朝・深夜の「有明」を除いて廃止され、都市間輸送を新幹線に移行させたため、地域輸送が主体となった。それまでの博多駅 - 鳥栖駅間は多数の特急列車が設定され非常に過密なダイヤであったが、それも若干緩和されることになった。
上述の経緯もあり、キロポストは肥薩おれんじ鉄道線内および川内駅 - 鹿児島駅間においても九州新幹線部分開業以前のまま門司港駅起点からの通算表示となっており、八代駅構内に肥薩おれんじ鉄道線用の0キロポストは無い。なお、鹿児島駅構内には門司港駅起点400.0kmのキロポストがあるが、門司港駅 - 鹿児島駅間の総距離が現実にちょうど400.0kmだったのは、1927年（昭和2年）から1963年（昭和38年）までであり、1963年の博多駅移転による経路変更で0.5km短縮、1999年（平成11年）の枝光駅 - 八幡駅間の経路変更でさらに1.0km短縮され、合わせて約1.5km短縮されているため、2004年3月まで鹿児島本線の一部だった肥薩おれんじ鉄道線116.9kmを含めた門司港駅 - 鹿児島駅間の実際の距離は398.5kmである。
門司港駅 - 鳥栖駅間は旅客営業規則の定める「福岡近郊区間」に含まれている。また、全線がIC乗車カード「SUGOCA」の利用可能エリアとなっている（2009年3月1日に門司港駅 - 荒尾駅間で導入、2012年12月1日に荒尾駅 - 八代駅間、川内駅 - 鹿児島中央駅間に利用可能エリアを拡大）。なお、門司港駅 - 八代駅間（福岡・佐賀・大分・熊本エリア）と、川内駅 - 鹿児島中央駅間（鹿児島エリア）は利用エリアが異なるため、この両エリアをまたいだSUGOCA利用はできない。なお、門司港駅 - 羽犬塚駅間の旅客駅全駅および大牟田駅では、かつて、福岡都市圏の磁気乗車カード「ワイワイカード」が使用可能となっていた。
西日本旅客鉄道（JR西日本）の運営する山陽新幹線の小倉駅 - 博多駅間（実キロ55.9km）は、国鉄時代に制定された「線路名称」上で鹿児島本線の無名枝線（1982年までは線増）という扱いとなっていた経緯から、両者の営業キロが鹿児島本線の67.2kmにそろえられている。ただし、1996年（平成8年）1月10日以降はJR九州がJR西日本と異なる運賃体系を導入したため両者の運賃が異なっており、乗車券購入時には新幹線・在来線（鹿児島本線）のどちらを利用するかを前もって指定する必要がある（これは山陽新幹線が山陽本線・鹿児島本線と並行する新下関駅 - 小倉駅間も同様）。
2018年9月28日、門司港駅 - 荒尾駅間で駅ナンバリングが制定された。路線記号は門司港 - 吉塚間がJA（山陽本線と重複）、竹下 - 荒尾間がJB。博多駅は路線記号をいれずに、駅番号00となる。ラインカラーは赤。各支社の管轄区間は以下のようになっている。本社と熊本支社の境界は福岡県と熊本県の県境付近に設置されている。この項目は下りを主体としている。鹿児島中央駅 - 鹿児島駅間も鹿児島本線であるが、同区間は運転系統上、日豊本線の一部として扱われていることを踏まえ、ここでは記載しない。
門司港駅は駅舎としては九州で唯一、国の重要文化財に指定されている。門司港レトロ地区にあり、その中心駅に相応しい駅舎である。ここは鹿児島本線の起点であり、九州の鉄道の起点とされる。2018年現在、1914年建設当時の姿に駅舎の保存修理工事中である。
門司港駅を発車すると、しばらく国道3号と国道199号に挟まれた区間を走る。この区間はしばらく、左側には山が迫り、右側には古い工場・倉庫群の間から関門海峡と対岸の下関市の街並みを見ることができる。
小森江駅を過ぎると、まもなく関門トンネル出口より山陽本線が地上に現れて並走し、門司駅に到着する。正式には山陽本線は門司駅が終点であるため、この駅が九州の鉄道の玄関口と称することもできる。ただし、運転系統上は山陽本線の終点は小倉駅である。
門司駅を発車すると、貨物駅があった後、門司区より小倉北区へ入り、山陽新幹線の高架をくぐり、チャチャタウン小倉付近を通過すると、北九州市最大の繁華街の中心、小倉駅に到着する。日豊本線や日田彦山線も小倉駅まで直通し、北九州モノレール小倉線も利用できる。
小倉駅を発車すると、日豊本線・日田彦山線と並走し、まもなく西小倉駅に到着する。付近にはリバーウォーク北九州がある。さらに、小倉祇園太鼓やわっしょい百万夏まつりが開催されるときには非常に賑わう。過去には日豊本線のみしかホームがなく、鹿児島本線は通過していたが、1987年（昭和62年）10月1日に鹿児島本線にもホームが設置され、現在は特急以外のすべての列車が停車する。
西小倉駅を発車してまもなく、日豊本線・日田彦山線が左に曲がって行き、鹿児島本線から離れる。その後すぐに、並走していた山陽新幹線が鹿児島本線を右から左へ乗り越え、鹿児島本線から別れる。その直後に北九州高速2号線・3号線が交差する東港JCTの直下を通過する。戸畑区に入ると、国道199号と北九州高速2号線が右から接近、国道199号が跨線橋により左側に移り、国道と北九州高速に挟まれると、まもなく九州工大前駅に到着する。駅の北側は工業地帯が広がっている。
九州工大前駅を出ると、北九州高速2号線は若戸大橋料金所で右にそれ、しばらく走ると戸畑駅に到着する。駅南側は、戸畑区の中心商店街を形成している。この駅付近より真っ赤な若戸大橋がかなり目立って見える。
戸畑駅を出ると、これまで複々線として並走してきた貨物線から左にそれ、見た目では旅客線のみの複線となる。福岡県道50号八幡戸畑線を鉄道橋により乗り越えると、まもなく牧山トンネルに入る。この区間で八幡東区へ入る。トンネルを出て再び鉄道橋により福岡県道50号八幡戸畑線を乗り越えて左手に並走すると高架区間になり、枝光駅に到着する。駅は古くからの市街地にあり、住宅や商店が密集する地域である。
枝光駅を発車すると、しばらく離れた場所を走っていた貨物線が再び右手から接近、旅客線と並走し始め、再び複々線を呈する。同時に左手からは、新日鐵住金（旧新日本製鐵）八幡製鐵所鉱滓鉄道（くろがね線）が接近し、旅客線の左手を並走し、この区間は北九州高速5号線も貨物線のさらに右手を並走する。まもなく、左手には2018年1月1日に閉園したスペースワールド跡が見える。この正面ゲート付近を通過すると、くろがね線は鹿児島本線をくぐり、右手に分かれる。スペースワールド跡をわずかに通過すると、スペースワールド駅に到着する。駅名の通り、スペースワールドの最寄りだった駅である。同駅が開業するまでは、枝光駅が最寄り駅とされてきていた。駅周辺は、新日本製鐵八幡製鐵所の遊休地を利用した再開発地域であるため、幅の広い道路がある、区画の整った地域であり、電線が埋設されたりするなど近代的な街並みを形成している。駅ホームではスペースワールドの営業時間内に限り、スペースワールドの音楽が流されていた。
スペースワールド駅を発車すると、右手を走っていた北九州高速5号線が大きく左に曲線を描き、鹿児島本線を乗り越える。再び地上に下り左手より国道3号が並走し始めると、八幡駅に到着する。2008年（平成20年）に新駅ビルがグランドオープンするなど、駅舎は新しくなった。駅の北側は新日本製鐵八幡製鐵所の遊休地を利用した再開発が行われている。
八幡駅を発車すると、八幡西区に入り、福岡県道273号築地汐入線がアンダーパスになっている箇所を過ぎると、黒崎駅に到着する。同駅には筑豊電鉄線が乗り入れている。ただし、筑豊電鉄の駅名は「黒崎駅前駅」である。また、福北ゆたか線は同駅より鹿児島本線とは別系統として運転する（福北ゆたか線は同駅より小倉方面は鹿児島本線に直通している）。
黒崎駅を発車すると、福北ゆたか線・筑豊電鉄線と並走する。まもなく、左手の筑豊電鉄西黒崎駅を通過する。その後、福岡県道279号本城熊手線の黒崎跨線橋を潜ると、右手に県道279号が並走し左手の筑豊電鉄熊西駅を通過する。桜ヶ丘町付近で筑豊電鉄線は左に曲線を描き、鹿児島本線・福北ゆたか線から離れる。この付近で並走していた国道3号が左手に、県道279号が右手に分かれ、やはり右手に皇后崎浄化センターを望むと、まもなく陣原駅に到着する。なお熊西駅（筑豊電鉄）- 折尾駅間の左側には1999年（平成11年）に廃止となった西鉄北九州線の専用軌道の廃線跡が随所で見ることができる。
陣原駅を発車すると、福岡県道11号有毛引野線をくぐり、やや左に曲線を描く。再び国道3号がわずかに並走し、すぐに鹿児島本線は右に、国道3号は左に曲線を描いて離れる。その後、これまで並走していた福北ゆたか線が左に分かれると、まもなく左へ曲がり始め折尾駅に到着する。折尾駅の鹿児島本線ホームは左にカーブしている。折尾駅の福北ゆたか線のホームの6番線・7番線は折尾駅の手前で鹿児島本線より別れた先に、専用の駅舎がある。なお、鹿児島本線が利用できる駅舎にて筑豊本線と十字に交差する。なお、同駅でこれまで続いた鹿児島本線の貨客分離による複々線区間は終了し、複線となる。折尾駅周辺は大学などの教育機関が多く、学生の利用者も多い。折尾駅は日本最古の立体交差駅で、東口はルネッサンス様式である。また、通路はレンガ積みとなっているが、折尾駅周辺連続立体交差事業により取り壊される可能性も出てきている。
折尾駅を発車すると、ホーム手前から続く曲線がわずかに続き、国道199号と並走する。まもなく国道3号をくぐると、北九州市を抜け、水巻町に入る。その後、両国道から離れる。県道バイパス南北縦貫道路を超えると、水巻駅へ。
その後、国道3号と並走し、まもなく九州で唯一鮭が遡上する遠賀川を渡り、遠賀町へ入る。遠賀川を渡り切ると、左手には遠賀総合運動公園が見える。また、国道3号が右手に別れ、福岡県道299号岡垣遠賀線と並走を始める。遠賀総合運動公園が左後方に離れると、遠賀川駅である。
その後、おんが自動車学校を左手に通過し、福岡県道299号岡垣遠賀線が右に離れる。その後、右に曲線を描き、岡垣町に入ると、一旦県道299号に接近し、左に曲がって再び離れる。福岡県道87号岡垣宮田線を越えて右に曲がると、海老津駅へ。
海老津駅を出ると、左へ曲がる。福岡県道287号岡垣宗像線を通過、その後一旦県道287号が接近し離れ、築堤跡や海老津赤煉瓦アーチなどの城山トンネル開通時に廃線となった旧線の遺構と並走し、城山トンネルに入り、内部で国道3号を2度くぐる。なお、1度国道3号をくぐった直後に、宗像市に入る。城山トンネルを抜け、しばらく南進し右に曲線を描いて国道3号をくぐり、福岡県道69号宗像玄海線南の切通しを走行すると、まもなく道路橋に設置された橋上駅舎を持つ教育大前駅である。
教育大前駅を出ると、田園の中を県道69号と並走を続け、宗像市の中心である赤間駅に到着する。城山峠から赤間駅までの国道3号・県道69号もまた、鹿児島本線旧線の路盤を道路に用地転用したものであり、当時建設された煉瓦橋梁が道路橋梁として現在も使われている姿を見ることができる。赤間駅の南側の釣川の対岸にはゆめタウン宗像がある。
赤間駅を発車すると、左へカーブしながら福岡県道69号宗像玄海線から離れる。釣川を渡り福岡県道92号宗像篠栗線の跨線橋をくぐり、しばらく進んだところが東郷駅。付近には日の里団地や宗像ユリックスがある。
東郷駅を出ると、築堤上を右手の福岡県道97号福間宗像玄海線を見下ろしながら県道97号と並走する。左手の福岡県道530号畦町村山田線とも並走し、まもなく国道3号に一旦接近する。国道3号に接近後は県道530号も離れるが、県道97号は引き続き並走する。右へ大きく曲線を描き、沖ノ端踏み切りから福津市へと入る。左へ小さくカーブし東福間駅へ。同駅付近は福岡・北九州のベッドタウンとしての傾向が強く、同駅は住宅団地の発達に伴い開設されたものである。
東福間駅を出ると、福岡県道531号内殿手光線を越え、左へ曲線を描き、福岡県道97号福間宗像玄海線から離れると福岡県道30号飯塚福間線を越え、福間駅へ。同駅は2010年2月27日に駅舎が移転・新築開業して面目を一新し、それまでの古い木造駅舎は解体撤去された。宮地嶽神社の最寄り駅でもあることから、大晦日から元日にかけては初詣客で賑わい、多くの臨時列車が発着する。
福間駅を出ると、やや左に曲線を描いた後は直線が続き、古賀市へ入ると千鳥駅へ。その後、左手に古賀自動車学校を望み福岡県道35号筑紫野古賀線を潜る。その後は直線区間が続き、古賀市の中心古賀駅へ。駅前は中心商店街となっており、東口の駅前広場には特徴的なオブジェがある。
古賀駅を発車しても、直線が続く。その途中でししぶ駅へ到着する。駅開業から日が浅いため、駅周辺には比較的人気の少ない閑静な住宅街が広がり、開発途中の場所も所々で見られる。博多側には工場や発電所が軒を連ねる。駅前の西口はミニバスなどののりばや駐輪場が整備されているが、東口の方はまだ整備の途中段階にある。
ししぶ駅を発車し、その後緩やかに右へ曲線を描き、新宮町へ入ると国道495号に接近する。新宮町の中心部に入ると新宮中央駅に到着する。その後は再び直線が続き福岡市東区に入った直後に福工大前駅へ到着する。この辺りから市街集積化の進行が顕著になり、駅周辺は高層マンションが増えてきている。
福工大前駅を発車すると、ゆるやかに左へ曲がり、右手の和白通り（国道495号）と並走する。和白通りと完全に並走し始めると、まもなく右後方から左前方へと走る香椎線の跨線橋をくぐる。香椎線はいったん左へ離れるが、ほぼ並走状態となる。和白通りとは引き続き並走し、香椎線がやや鹿児島本線に接近してくると、九産大前駅である。すぐ横を香椎線が通っているがホームはない。
九産大前駅を出ると、左手に同駅の駅名の由来となった九州産業大学を見つつ、まもなく一旦離れていた香椎線の単線が接近し、完全に並走し、複々線状態となる。そのまま国道3号を潜り、福岡県道504号町川原福岡線を潜ると、まもなく香椎駅へ到着する。福岡市内のJR九州の駅では博多駅に次ぐ規模であり、福岡の副都心として発展している。また、150メートルほど西には西鉄香椎駅がある。
香椎駅を出ると、まもなく並走していた香椎線が左に別れる。その後、西鉄貝塚線が右手から接近し、香椎宮前駅（西鉄貝塚線のみの駅）付近より完全に並走する。その後、列車は千早駅へ。同駅で西鉄貝塚線へ乗り換えができる。なお、西鉄の駅は「西鉄千早駅」であるが、駅舎はJR九州・西鉄ともに一体化している。2003年（平成15年）に開業し、福岡の東の副都心を香椎と同様に形成する。2006年（平成18年）には駅ビル「フレスタ千早」がオープンした。駅周辺は、高層マンションの建設ラッシュである。
千早駅を発車すると、西鉄貝塚線と並走を続け、やや右に曲線を切ったところが西鉄の名島駅である。かつて存在した名島城にちなんだ和風造りの駅舎を有する同駅は、やはり鹿児島本線にホームがないため右手に通過する。その後、国道3号が接近。西鉄貝塚線が国道3号と並走し、鹿児島本線が左に離れながら、多々良川を渡る。多々良川を渡り終えると、国道を含む3線が左に曲がり、鹿児島本線と西鉄貝塚線は福岡県道550号浜新建堅粕線を挟み、再び並走する。福岡高速4号線を潜ると、西鉄貝塚線は終点の貝塚駅へ。この駅より先は福岡市地下鉄箱崎線の地上区間となる。この線は福岡市営地下鉄空港線の天神に直通しているが、貝塚線と箱崎線の直通運転は行われていない。ただし、駅舎は同一となっている。
鹿児島本線は福岡県道550号浜新建堅粕線を挟んで右手に九州大学箱崎キャンパス跡地、左手に住宅団地を望みながら南進する。福岡県道21号福岡直方線を越えると箱崎駅で、左手から福北ゆたか線が接近し、複々線となり博多区へ入ると、吉塚駅である。吉塚駅は福岡県庁の最寄り駅である。駅ナカには「フレスタよしづか」がある。
吉塚駅を発車すると、なおも福北ゆたか線と並走し、まもなく左手から山陽新幹線も並走をはじめ、2複線1単線の5線が並走する。福岡県道607号福岡篠栗線を越え、その後福岡県道550号浜新建堅粕線が右手に別れると、地上を走る国道3号と高架の福岡高速2号線の間をすり抜けると、まもなく、九州最大のターミナル駅である博多駅へ到着する。並走してきた福北ゆたか線は同駅止まりであり、鹿児島本線下りには直通していない。
福岡市営地下鉄空港線や山陽新幹線、九州新幹線、博多南線が利用できる。筑肥線の列車は姪浜駅より空港線へ直通し、博多駅を経由、福岡空港駅まで乗り入れる。また、博多駅より西唐津駅まで直通している。博多南線は山陽新幹線の博多総合車両所への回送線を旅客化したものである。全列車愛称なしの「特急」扱いで、特急料金が必要。新幹線の車両を用いているが、在来線扱いである。西日本旅客鉄道（JR西日本）に所属する。
博多駅は天神地区と並ぶ福岡市の都心であり、駅ビルには多数の大規模商業施設が入る。博多ステーションビル（駅ビル）はJR博多シティビルへ改築され、九州新幹線鹿児島ルートの全線開業を9日後に控えた2011年3月3日に開業している。駅前には博多バスターミナルがあり、福岡市内および九州各地への交通の拠点となっている。
博多駅を出発後しばらくは九州新幹線・博多南線と並走する。竹下駅構内には博多運転区があり、香椎線で運用される気動車が留置されていることがある。竹下駅を出ると九州新幹線・博多南線は南西方向に分かれ、同線の高架下を通過後は福岡県道505号と交差し、笹原駅に到着する。同駅出発後はすぐに福岡高速5号線の高架下及び国道202号外環状道路のアンダーパスを通過し、西鉄天神大牟田線の跨線橋下を通過すると福岡市南区に入り、右手に春日市立春日北中学校、精華女子短期大学や、陸上自衛隊福岡駐屯地が見えてくると南福岡駅に到着する。同駅に特急は停車しないが、構内に南福岡車両区・南福岡運転区がある大規模な駅であり、博多駅と九州各地とを結ぶ特急に使われる車両などが多数所属している。南福岡駅を出発するとすぐに春日市に入り、春日駅に到着。右手すぐにクローバープラザ、春日市役所や福岡県営春日公園などがあり、航空自衛隊春日基地も市役所西隣に位置する。出発後、右手にUR都市機構春日公園団地を確認すると福岡県道580号の跨線橋下を通過してすぐに大野城市に入り大野城駅に到着する。同駅の右手（西側）には、福岡県立春日高等学校、九州大学筑紫キャンパスがあるため、学生の乗降客も多い。大野城駅を出発して出て左手にイオン下大利店が見えると線路は左にカーブし、その終わり少し先に水城駅がある。同駅左手（北側）には南福岡自動車学校があるが、その敷地東側から本線を挟んで右手南西側に伸びているのが特別史跡「水城」である。これが大野城市と太宰府市の市境になっており、その後九州自動車道の高架下を通過すると太宰府信号場がある。同信号場は本線に加えて、列車の待避及び追い抜きを可能とするためさらに2線計4線が設けられている。同信号場通過後は九州自動車道との間隔が乖離し、太宰府市大佐野で福岡県道505号を乗り越した後は、太宰府、筑紫野両市の境界が入り組んだ地域を通過し都府楼南駅へ到着する。都府楼南駅を出発すると福岡県道112号（旧国道3号）とその間隔を縮めて並走する。同県道の市役所入口交差点のすぐ西側で福岡県道7号をまたぐ跨道橋を渡ると程なく二日市駅に到着する。
二日市駅を出発すると、直線の左手には筑紫税務署、右手には日本たばこ産業九州工場や筑紫野警察署などがあり、福岡県道31号をまたぐと天拝山駅に到着する。同駅は西側のイオンモール筑紫野を利用する乗降客も多い。この付近では旧国道3号を間に挟み、西鉄天神大牟田線とおおむね300mほどの間隔を保って並走するが、筑紫野市永岡以南はその間隔が離れていく。また、同付近で右にわずかにカーブし、以降はしばらくの区間において国道3号（筑紫野バイパス）、福岡県道・佐賀県道17号と並走する。福岡県道582号の跨道橋を通過すると、左手から筑豊本線（原田線）が合流した後、並走しながら原田駅に到着する。出発後は再び国道3号と並走し、佐賀県三養基郡基山町に入り、九州自動車道の高架下を通過するとけやき台駅東側出入り口となる歩道橋がある。同駅周辺には、駅舎と西口があるけやき台団地のほか、ゴルフプラザ基山や基山ドライビングスクールなどがある。次の基山駅では甘木鉄道甘木線に接続している。同線は基山駅以後の本線と少しの区間並走した後左手（東側）へ分岐していく。原住宅団地を右手に見た後、県道329号のアンダーパスを通過すると、基山町と鳥栖市との境界に位置する弥生が丘駅に到着。弥生が丘駅を出て、国道34号、九州自動車道・長崎自動車道鳥栖ICの高架下を通過する。県道205号と交差し、日清製粉鳥栖工場を左手に見た後、日本貨物鉄道（JR貨物）の鳥栖貨物ターミナル駅が隣接する田代駅へ到着する。同駅は久光製薬の本社および関連施設の最寄り駅であるため、これらへの通勤客の乗降がみられる。田代駅を出ると県道246号をくぐり、鳥栖駅に到着する。同駅は鹿児島本線と長崎本線が分岐する交通の要衝であるためすべての旅客列車が停車し、普通列車も多くが同駅にて折り返す。
なお、この区間にある二日市駅・原田駅・田代駅・鳥栖駅は、博多駅と同じく九州鉄道（初代）開業時より現存する「九州最古の駅」でもある。
この区間は福岡県と佐賀県の境目に位置し、時間にして約7分前後であるが、鳥栖・久留米という、二つの主要都市の境目ということもあり、非常に変化に富んでいる。
鳥栖駅を出るとしばらくは鳥栖市街地を走るが、次第に住宅地へと変わっていき、ケーズデンキ鳥栖店の横をすぎると広大なブリヂストン鳥栖工場の敷地が見えてくる。さらに工場の横をすぎると田畑の向こうから九州新幹線の高架が合流する。その先の曲線を曲がった後、再び住宅地が見え、間もなく市街地に入ったかと思うと、肥前旭駅に到着する。
肥前旭駅を過ぎると、久留米・鳥栖へのベッドタウンとして整備された新しい住宅地が広がっており、まだ家が建設されていない空き地が多々見られる。しかしすぐに住宅地も途切れて一気に田園地帯となり、遥か彼方の脊振山地がはっきりと見えてくる。その田園地帯もすぐに終わり、今度は福岡第三の都市・久留米の市街地の遠景が見えて来たと思うと、すぐに筑後川を渡り、久留米市へ入る。筑後川の河川敷には広場やウォーキングコースが整備されており、休日ともなればたくさんの人が集まる光景を見ることができる。
筑後川を渡ると左手にブリヂストンの久留米工場があり、工場の横を通り過ぎると一瞬だけ、賑やかな久留米市街地を見ることができる。そしてすぐ久留米駅に到着する。久留米駅は地元で「JR久留米」と呼ばれ、周辺は裁判所や市役所などのような公共機関が集まる場所で、商業施設の集まる西鉄久留米駅周辺とは違った性格を持っている。
久留米駅を出ると左手に久大本線の線路が並行する。九州新幹線の高架橋を斜めにくぐり、九州新幹線と久大本線を左に見る風景がしばらく続くが、やがて久大本線が離れていくと、間もなく西鉄天神大牟田線をくぐる。左手に九州新幹線の高架橋、右手に住宅や工場を見る光景が続く中、やがて荒木駅に到着する。荒木駅を出てしばらく行くと住宅が少なくなり、農地が目立つようになる。筑後川の支流である広川を渡り、筑後市に入ると間もなく西牟田駅に到着する。西牟田駅を出るとしばらくは農地が広がり、茶畑もみられるが、やがて工場などが目立つようになり、国道442号の八女筑後バイパスの陸橋をくぐったあたりからは住宅も多くなり、間もなく羽犬塚駅に到着する。
羽犬塚駅を出るとすぐ筑後ループ橋（福岡県道706号筑後城島線）をくぐり、現在は市道となっている矢部線跡が左手に分かれていく。しばらくは住宅や工場などが続く。やがて農地が目立つようになると、新幹線開業時に南に500mほど移設された筑後船小屋駅に到着する。また、駅周辺には筑後広域公園が整備中であり、一部施設では既に利用が開始されている。筑後船小屋駅を出てしばらく行くと矢部川を渡る。鹿児島本線はここで南西方向に向きを変え、直線的に南下する九州新幹線の高架橋と分かれてゆく。国道209号をくぐって佐賀線跡が近付いてくると、間もなく瀬高駅に到着する。
瀬高駅を出てすぐ国道443号の踏切を通過し、さらに同国道のバイパスである三橋瀬高バイパスをくぐると、筑後平野の田園地帯が広がる光景となる。国道209号を右手に見ながら南下すると、南瀬高駅に到着する。南瀬高駅を出て、矢部川の支流である飯江川を渡ってしばらく行くと、左手に濃施山公園の丘陵が近付いてくる。右手に並行する国道209号がいったん近付いて離れると、間もなく渡瀬駅に到着する。渡瀬駅を出て、ニコニコのり九州工場を見た後、切通しを経て田園が広がるあたりから大牟田市に入る。田園が途切れて住宅地が近付くと、吉野駅に到着する。吉野駅の左手には福岡県立ありあけ新世高等学校、右手には明光学園中学校・高等学校があり、学生の登下校利用が多い。吉野駅を出ると間もなく国道208号をくぐり、同国道が左手に並行する区間に入る。熊本県道・福岡県道10号南関大牟田北線をくぐったあたりから、右手に西鉄天神大牟田線が近付いてくる。白銀川・銀水川を連続して渡った後、銀水駅に到着する。銀水駅も周辺に高等学校が多く、吉野駅と同様学生利用が多い。銀水駅を出て車窓左手に福岡県立三池高等学校が見えるあたりから、西鉄線との完全並行区間に入り、踏切もJR・西鉄の共同踏切となる。西鉄銀水駅を右手に見て、堂面川を渡り、大牟田中央自動車学校を左手に見ると、自動車学校を挟むように仮屋川操車場が広がるのが見える。住宅地から商業地・マンションが立ち並ぶ市街地へと入り、左手に三井化学専用線を分岐し、右手に西鉄新栄町駅を見て、三池鉄道本線（廃線）をくぐり、大牟田川を渡り、国道389号（国道501号重複）の踏切を通過すると、大牟田駅に到着する。
大牟田駅を出ると、左手に大牟田オフレールステーションの敷地が広がる。しばらくはマンションが林立する風景が続くが、間もなく一戸建てを中心とした住宅街となる。諏訪川を渡り、左手に国道208号及びロードサイド店舗、右手に住宅街という風景がしばらく続く。住宅街が途切れることなく熊本県荒尾市に入り、旧三井三池専用鉄道（廃線）をくぐると、間もなく荒尾駅に到着する。大牟田市と荒尾市は同一都市圏（大牟田都市圏）に属し市街地も連坦しているなど密接な繋がりを持つため、県境を跨いだ利用客も多い。
荒尾駅を出ると、国道208号が接近する付近から左手に市道が分岐していくのが見えるが、これは荒尾市営電気鉄道の跡である。しばらくは住宅街が続くが、次第に農地などが目立つ風景に変わってくる。国道389号をくぐって、その直後から左側に同国道が並行し、右手に有明海の堤防が走る区間に入ると、間もなく南荒尾駅に到着する。南荒尾駅を出てもしばらくは同様の風景が続き、そのまま玉名郡長洲町に入る（国道に設置された案内標識を車窓左手から確認できる）。国道389号の並行区間が踏切とともに終わると同時に、それまでほぼ南方向に向かっていた列車は南東方向に大きく左に曲がる。陸橋をくぐってやや右に曲がると長洲駅に到着する。長洲駅からは玉名平野の田園地帯の中を突き進む。行末川を渡ると玉名市に入り、間もなく大野下駅に到着する。大野下駅を出てもしばらくは田園地帯が続くが、右手に専修大学玉名高等学校が見えるあたりから玉名市街地に入り、ループ橋をくぐると玉名駅に到着する。玉名駅からは熊本方面に向かう利用客が多い。
玉名駅を出てしばらくは市街地が続くが、支流（繁根木川）を経て菊池川に架かる鉄橋を渡ると一転して山がちな地形となる。城山トンネル以来のトンネルとなる桃田第一・桃田第二の2本のトンネル（いずれも全長は150m前後）や切通しを通り、肥後伊倉駅に到着する。肥後伊倉駅を出ると、曲線の連続区間を通りながら徐々に田園の広がる風景となり、玉名郡玉東町に入った直後に九州新幹線の高架橋をくぐり、左手に国道208号が近付くと間もなく木葉駅に到着する。木葉駅を出ると再び曲線が連続し山がちな区間となり、菊池川の支流である木葉川に沿いながらしばらく熊本市との境界線を縫うように走るが、熊本市に完全に入ると間もなく田原坂駅に到着する。田原坂駅を出るとやがて上下線が大きく分かれ、下り線は田原坂トンネル（全長は900mほど）に入る（上り線にはトンネルがなく、南側に大きく迂回する）。トンネルを出て左に曲がると、間もなく植木駅に到着する。植木駅は植木町の中心からは離れているが、熊本市内であり、利用客は少なくない。
植木駅を出るとゆうかファミリーロードに沿って走る区間に入る。ゆうかファミリーロードは植木駅以北で山鹿温泉鉄道の路線跡が利用されている。右に大きく曲がって、曲線を繰り返しながら熊本県道31号熊本田原坂線をくぐり、熊本保健科学大学を右手に見たところで西里駅に到着する。県道31号と並行しながら井芹川を渡り、崇城大学薬学部・芸術学部校舎を左手に見て再び井芹川を渡ると、崇城大学前駅に到着する。左手には県道31号を挟んで崇城大学池田キャンパスへと向かう斜行エレベータが設置されていて、車内からも見ることができる。崇城大学前駅を出るあたりから熊本市の市街地に入り、高架線に入る。しばらくは県道31号と並行、また右手から九州新幹線の高架橋が徐々に近づいてきて、高架化された上熊本駅に到着する。上熊本駅は熊本市電や熊本電鉄の乗換駅で、特に大牟田・玉名方面から熊本市中心部に向かう客の降車が多い。
上熊本駅を出ると、上熊本の旧駅舎を移築した熊本市電上熊本駅前電停や、熊本市電の車両基地を左手に見る。熊本城の西側を通過し、左手に坪井川、右手に北岡自然公園の森をみると、間もなく熊本駅に到着する。
熊本駅を出てからも九州新幹線の高架と並走する。しばらくは豊肥本線とも並走するが、やがて左へ分かれていく。豊肥本線と分かれてすぐのところに熊本鉄道事業部熊本車両センターがある。熊本車両センターを過ぎると直線は続き、途中に西熊本駅がある。右手にNEC九州日本電気が見えると川尻駅に着く。川尻駅を過ぎると緑川を渡り、国道3号と並走するようになる。熊本市南区富合町に差し掛かると左手に九州新幹線の熊本総合車両所があり、隣接している富合駅に着く。宇土市に入ると宇土駅。同駅からは三角線が分岐している。宇土駅を出ると国道57号をくぐり、三角線が右へ分かれていく。県道297号と交差するあたりで九州新幹線の高架とも分かれる。その後県道14号と並走するようになり、宇城市に入る。県道から分かれて少し進むと松橋駅。松橋駅を出ると国道266号をくぐり不知火美術館が見え、川を渡る。その後も直線が続き、しばらく進むと小川駅。小川駅を出ると進路をやや南西に変え、直線で進んでいく。途中八代郡氷川町を通るが駅は設けられていない。そして八代市に入ってすぐ有佐駅に着く。直線区間はその後も続き、千丁駅に着く。千丁駅を出て少し進んだところで、部分開業当時の九州新幹線への旧アプローチ線（現在は保線用）が分岐する。鹿児島本線はそのまま直線で進み、九州新幹線の高架をくぐって新八代駅地上ホームに着く。一方旧アプローチ線は分かれた後に高架に上がり、左にカーブして新八代駅新幹線高架ホームに着き、対面乗り換えという形になっていた。この旧アプローチ線は特急「リレーつばめ」のみが毎時2本程度通っていた。新八代駅を出ると鹿児島本線はさらに南西へ向かう。途中に八代自動車学校や日本製紙八代工場などがある。日本製紙八代工場の脇を進むと、八代駅に着く。門司港駅から続いてきた鹿児島本線はこの駅でいったん途切れ、以南は人吉駅方面が肥薩線、川内駅方面が肥薩おれんじ鉄道線となる。またここまでは全線複線以上であったが、以南は大部分が単線となる。
川内駅を出るとすぐに九州新幹線と分かれ西へ曲がるとれいめい高等学校が見えその横が隈之城駅となる。しばらく直線が続き田重岳を左手に進むと国道3号と並走し始めた場所に木場茶屋駅となる。木場茶屋駅からは複線となり途中上下線線路が分かれる場所があり、トンネルが続く。南九州自動車道を潜り五反田川を渡りプリマハム鹿児島工場が見えたところで串木野駅となる。串木野駅からは再び単線となりゆるやかな曲線を通るとしばらく直線になり右手には神村学園が見え、2010年（平成22年）3月13日に開業した神村学園前駅に着く。この付近から再び国道3号と並走する。八房川を渡り左手に南九州自動車道が見えてくると市来駅となる。市来駅からは山道に入りゆるやかな直線を通ると右手に湯田地区の集落が見えてきたところで湯之元駅となる。湯之元を出ると曲線と下り坂が続き長里地区に入るとふたたび国道3号と並走し、江口川を渡ったところで東市来駅となる。東市来からは複線となりトンネルと田園地帯の連続である。ゆるやかな曲線を通ると伊集院駅となる。再び南九州自動車道の下を潜り、途中上下線線路が分かれる区間があるが上り線は直線区間となる。再び線路が合流したところで薩摩松元駅となる。直線区間が続いた後、薩摩松元第1トンネルを通り大きく曲がったところが上伊集院駅となる。上伊集院駅からはトンネルの連続となり上下線別々の線路を通り、山あいの区間に入る。上下線線路が合流したところで広木駅となる。下り線はトンネルとトンネルで挟まれた場所にある。右手には星ヶ峯ニュータウンが見える。トンネルを通り直線を通り、左に大きく曲がると指宿枕崎線の線路と合流し鹿児島中央駅に到着する。
区間別の平均通過人員（輸送密度）、旅客運輸収入は以下のとおり。九州新幹線が開業し、特急列車が廃止された区間は大幅に減少している。
門司港駅・小倉駅 - 博多駅間には特急「きらめき」が運行されている。主に朝・夜の時間帯に設定されている。
2011年3月12日改正からは、それまでの特急「有明」を系統分割する形で日中にも1時間あたり1本運行されていたが、2018年3月17日改正で再び日中の運行が行われなくなった。車両は787系が使用されている。
小倉駅 - 博多駅間では、前述の「きらめき」のほか、小倉から日豊本線を経由して博多-大分駅・佐伯駅を運転する「ソニック」、博多駅-宮崎空港駅間の「にちりんシーガイア」が運行されている。「ソニック」は1時間あたり約2本運行されている。車両は883系・885系が使用されている。「にちりんシーガイア」は朝の宮崎空港行き1本（7号）と博多行き2本（20号、24号）の1.5往復が運行されている。
博多駅 - 大牟田駅間では平日朝に「有明」が運行される。本数は大牟田発博多行き1本のみである。この区間は2011年3月12日に全線開業した九州新幹線鹿児島ルートと並行しているが、通勤輸送および新幹線運行時間外の輸送のために九州新幹線開業後も朝と夜に運行されていた。2018年3月16日までは博多駅 - 長洲駅間に夕方下り2本、深夜0時台下り1本、朝上り1本、長洲駅 - 吉塚駅間に朝上り1本が運行されていた。博多駅 - 熊本駅間にも九州新幹線開業前に運行されていた夜行特急「ドリームつばめ」を前身とする「有明」が1往復設定されていたが、2014年3月15日のダイヤ改正で下り博多発0時台の列車は長洲行きに短縮され、上り熊本発4時台の列車は廃止された。
このほか、筑豊本線・篠栗線・長崎本線・佐世保線・大村線・久大本線・三角線に直通する特急列車が運転されている。2018年3月17日改正時点の鹿児島本線で運転される昼行特急列車は次のとおり（鹿児島中央駅 - 鹿児島駅間のみを走り日豊本線へ直通する列車をのぞく）。〈〉内は鹿児島本線内の区間。
なお、八代駅 - 川内駅間の肥薩おれんじ鉄道線に直通する優等列車はない。
関門トンネルの開通以降、首都圏・名古屋・京阪神・中国地方といった本州各地と九州を結ぶ特急・急行列車も運転されていたが、2009年（平成21年）3月14日のダイヤ改正で寝台特急「富士」「はやぶさ」が廃止されたのを最後に全廃された。
九州各地を結ぶ夜行列車も運行されていたが、博多駅 - 西鹿児島駅（現在の鹿児島中央駅）間ではこの区間で運転されていた特急「ドリームつばめ」が2004年（平成16年）3月の九州新幹線部分開業時に廃止され、博多駅 - 小倉駅間でも2011年（平成23年）3月の九州新幹線全線開業時に「ドリームにちりん」が廃止され消滅した。
2011年3月12日のダイヤ改正で、川内駅 - 鹿児島中央駅間ではホームライナー号の特急格上げにより特急「川内エクスプレス」が運行開始されたが、2016年3月26日のダイヤ改正で廃止されている。この2016年3月26日の改正では特急「九州横断特急」の熊本駅 - 人吉駅間、特急「くまがわ」の全列車が廃止され、八代方面から豊肥本線に直通する特急がなくなっている。
鹿児島本線で運転された過去の主な優等列車は以下の通り。運転区間は最長のもので、〈〉内は鹿児島本線内の区間。詳細は、鹿児島本線の列車については前身の列車を含めて「有明 (列車)#鹿児島本線優等列車沿革」、東京方面との夜行列車は「東海道本線優等列車沿革」、京阪神方面との夜行・昼行列車は「山陽本線優等列車沿革」を参照のこと。
門司港駅 - 荒尾駅間は北九州市・福岡市・久留米市・大牟田市・荒尾市の都市間輸送を担っていることもあり、快速・区間快速なども運行され、赤間駅・二日市駅などでは快速系統と普通列車の緩急接続が行われている。
門司駅 - 小倉駅間には関門トンネルを通り山陽本線下関駅 - 門司駅間との間を直通する普通列車が1時間あたり3本程度運行されている。このうち一部の列車は鹿児島本線の博多方面や日豊本線との間を直通する。門司駅 - 下関駅間は直流電化であるため、下関駅発着の列車に関しては必ず交直両用の415系で運転される。国鉄時代は下関方面への直通列車の方が多かったが、JR発足後は交流専用の811系・813系の大量投入が進み、門司港駅発着列車が増加傾向にある。
黒崎駅 - 折尾駅間では1893年（明治26年）に設置された短絡線を経由しての筑豊方面との直通運転も可能で、1991年（平成3年）からは、吉塚駅 - 博多駅間の三線化により篠栗線の全列車が博多駅に乗り入れできるようになったため、門司港駅 - 折尾駅間には福北ゆたか線として筑豊本線に直通し、さらに篠栗線を経て博多駅まで直通する列車もある。
門司港駅 - 鳥栖駅間での両数は日中は普通・快速ともに1編成単独の3両編成（813系・817系3000番台）や4両編成（415系・811系）での運転もあるが、2編成を連結した6・7・8両編成での運転が多い。最混雑時間帯には3編成を連結した9両編成・12両編成（12両編成は415系のみ）で運転される列車もある。2009年（平成21年）3月14日のダイヤ改正で811系・813系の日豊本線においての運用が増加した関係で昼間での415系の運用が増加している。415系の運用は普通列車が中心で、快速列車の大半は813系・811系による運転である（415系で運転される快速列車は朝夕時間帯の一部列車のみ）。
長崎本線・久大本線への特急列車も走る博多駅 - 鳥栖駅間は特急列車が1時間あたり最大4本運転されており、その合間を縫って快速・普通列車が運転される。この区間は2011年3月12日までは、1時間あたりの特急列車の本数は、普通列車の本数の倍もあり、待避専用の太宰府信号場まで設置されたが、九州新幹線全線開業後は、熊本方面の特急列車の大半が新幹線へ移行したため、特急列車の本数も減少し、ここでの通過待ちも減少した。なお、2011年3月からは、長崎方面の特急列車である「かもめ」には787系が投入され、1時間あたり1本増便された。
2018年3月17日ダイヤ改正で門司港駅 - 荒尾駅間を直通運転する快速列車は大幅に減便された。日中の列車は区間快速列車が主体となり、小倉・博多方面からの快速・区間快速は最長で羽犬塚駅止まり（快速運転区間は最長で久留米駅まで）となった。
その特性上、この区間で事故やトラブルが発生した場合は、特急が乗り入れる先の各地の路線や、福北ゆたか線など影響が広域に波及しやすい。
快速は、1時間におおむね1本が運転されている。快速の間に博多駅 - 福間駅間（2本）、博多駅 - 二日市駅間（1本）、博多駅以南（1本）で快速運転となる区間快速が運行され、快速列車の本数が最大となる福間駅 - 二日市駅間では3本が運行される。
北九州側は基本的に小倉駅発着だが、朝夕には門司港駅発着の列車も運行される。博多駅以南では日中は久留米駅発着列車が1時間に1本運行される。久留米駅発着の列車は、鳥栖駅・久留米駅で八代駅発着の区間快速に接続するものもある。朝夕には大牟田駅・荒尾駅発着の列車も運行される。
停車駅は右表の通り。朝ラッシュ時のみ一部の快速（平日上り1本・下り2本）が竹下駅・笹原駅にも停車する。このほかに9月中旬の放生会の期間には箱崎駅に、秋季の芦屋基地航空祭開催時には遠賀川駅に、九州産業大学の学校行事の際に九産大前駅に臨時停車する。
快速は1961年（昭和36年）6月1日の電化時から運転されている。1972年（昭和47年）から1980年（昭和55年）までは特別快速も設定されていた。快速は当初、小倉駅 - 博多駅間のうち小倉駅 - 折尾駅間が各駅停車、折尾駅 - 博多駅間がノンストップであった。1972年（昭和47年）3月15日ダイヤ改正で新設された特別快速は当初小倉駅 - 博多駅間のうち戸畑駅・黒崎駅の2駅のみ停車し、小倉駅 - 博多駅間を最短55分と機関車牽引の客車寝台特急や気動車の急行列車より速い所要時分で結んでいた。ただ、車両については一部の急行間合い運用を除き快速・普通と同じ421・423・415系であった。また、特別快速が運行されている当時の快速は現在の停車パターンに近いものであり、福工大前駅（当時は筑前新宮駅）・吉塚駅を通過し、枝光駅・海老津駅に停車するほかは、当時の未開業駅をのぞく現在の快速と同じ停車駅で、戸畑駅 - 折尾駅間と海老津駅 - 古賀駅間は1978年（昭和53年）10月2日の東福間駅開業時までそれぞれ5駅連続で停車、当時開業していた17駅中11駅に停車していた。特別快速は1975年（昭和50年）3月10日ダイヤ改正で停車駅に八幡駅と折尾駅が加わり4駅停車となり、小倉駅 - 博多駅間の所要時間は最短57分となった。1980年（昭和55年）10月1日ダイヤ改正で特別快速を廃止し、快速は特別快速の停車駅に赤間駅と香椎駅を加え途中6駅停車とした快速に変更されたが、民営化後は福岡都市圏を中心に利用者の多い駅の乗車機会の増加や、中距離客の特急誘導を図るため停車駅が次々と加えられ、現在の停車駅数は種別整理前の快速を上回る13 - 15駅となっている。また特急の高速化・増発の影響で快速が特急を待避するようになったため所要時間が延びている。特急の待避を行うようになってからは、九州内の特急運行路線で事故・トラブルなどにより遅延が発生した場合、その影響を受けて遅延することが多くなった。また多客区間でもあるため朝夕を中心に連日のように遅延が発生するダイヤもある。
かつては日中時間帯は毎時3本運行されていたが、2004年3月13日ダイヤ改正で毎時1本が準快速（当時）に置き換えられ毎時2本に削減された。さらに2018年3月17日ダイヤ改正で区間快速が新設された影響により毎時1本に削減された。
小倉 - 博多間では金券ショップでバラ売りされている小倉 - 博多間の特急回数券（自由席用）などを利用すると、運賃のみの場合とほとんど変わらない値段（実質50 - 150円程度の加算）で「ソニック」など同区間の特急が利用できるようになっていることから、現在では特別快速と統合された直後の当時の快速の役割を特急が、地域間輸送を快速・区間快速および普通がそれぞれ担う形へとシフトしている。2018年3月17日の区間快速新設によりこの傾向はさらに顕著となった。ただし、回数券などは現金客にのみの便宜であり、わずかに割引のある特急回数券などは存在するが、長距離通勤定期券客に対する配慮はあまりなされていないのが現状である。
2018年（平成30年）3月17日のダイヤ改正で新設された種別で、一部の区間が各駅停車となっている快速列車である。日中は福間駅 - 博多駅間が主要駅停車となる列車が1時間あたり2本、博多駅 - 二日市駅間が主要駅停車となる列車が1時間あたり1本、博多駅 - 久留米駅間が主要駅停車となる列車が1時間あたり1本運行されている。また、鳥栖駅を発着し、大牟田駅まで主要駅停車の上、熊本方面へ乗り入れる列車が1時間あたり1本運行されている。鳥栖駅・久留米駅では博多駅方面の快速・区間快速と接続するものもある。早朝・朝夕・深夜はこれ以外の区間が主要駅停車となる列車も運行されている。
北九州市内区間では1時間あたり小倉駅・門司港駅 - 折尾駅間の普通列車が1本、筑豊本線・篠栗線（福北ゆたか線）経由直方駅・博多駅発着の列車が1本運行されている。この区間で各駅に停車する区間快速（福間駅 - 博多駅間快速）とあわせて実質3-4本の各駅停車が運行されている。なお、折尾駅と周辺の大改造工事による影響で、日中福北ゆたか線直接乗り入れの列車が姿を消し、赤間駅経由の博多駅以南と直通する列車に置き換えられた。
折尾駅 - 福間駅間には、博多駅 - 海老津駅間各駅停車の区間快速が設定されている。
博多駅を挟む区間ではおおむね1時間あたり2 - 3本が確保されており、区間快速の各駅停車区間と併せて運転されている。博多駅 - 吉塚駅間には朝に上り吉塚行きが1本のみ783系みどり・ハウステンボス編成で運行されている（佐賀発で博多駅まで特急「かもめ」として運行。自由席グリーン車連結で券は車内販売）。山陽本線下関駅や長崎本線・佐世保線との直通列車も設定されている。
鳥栖駅 - 荒尾駅間では熊本駅または八代駅までの列車が1時間あたり1本運行されている。2011年3月11日までは1時間あたり2本が運行されていたが、快速の増便に伴い1本削減された。小倉駅 - 折尾駅間（福北ゆたか線直通に限る）、鳥栖駅 - 荒尾駅間ではワンマン運転（都市型ワンマン）を行っている。また、鳥栖駅始発の久大本線直通列車が朝に1本、設定されている（キハ220系）。
2004年（平成16年）3月13日のダイヤ改正でそれまでの快速の一部を種別変更する形で運行開始された。朝・深夜をのぞき、1時間あたり1本が運行される。小倉駅 - 福間駅間は各駅に停車する。それ以外の区間は快速とほぼ同様の運行形態である。
設定当初は赤間駅 - 折尾駅間各駅停車で日中のみの運行であったが、2006年（平成18年）3月18日のダイヤ改正で夕方・夜間にも運行されるようになった。
2011年3月12日のダイヤ改正からは日中の運行が廃止され、代替として小倉駅 - 福間駅間各駅停車の快速が運行される。併せて日中は福北ゆたか線に直接乗り入れる列車も無くなり、折尾駅での乗り換えとなった。
2014年3月15日のダイヤ改正からは、朝夕ラッシュ時中心の運行となった旧・準快速を小倉駅 - 福間駅間各駅停車に変更し、小倉駅 - 福間駅間各駅停車の快速を準快速に改称して統合した。案内上は、上り列車の場合は福間駅から「普通」に、下り列車の場合は福間駅から「快速」に切り替えて運行されていた。
2018年3月17日のダイヤ改正をもって福岡地区の輸送体系が見直しとなり、準快速は区間快速に置き換えられて廃止された。このダイヤ改正まで「準快速」という種別の列車を運行する鉄道事業者は、日本全国でもJR九州のみとなっていた。
以下に示すダイヤパターンは2018年3月17日改正時点の博多 - 小倉間の昼時間帯の平均的なパターンで、早朝・深夜は大きく異なる。
2018年7月14日改正ダイヤの日中の各区間における1時間あたりの平均的運転本数は以下の通り。
※下関 - 小倉間は毎時2 - 4本、門司港 - 小倉間は毎時2 - 5本運転
福岡市と大牟田市の間では鹿児島本線に並行して西日本鉄道（西鉄）の天神大牟田線が敷かれている。西鉄を利用した場合、福岡市の中心部である天神へ直接行くことができる。また、西鉄特急は特別料金が不要で、普通乗車券もしくは定期乗車券のみで乗車することができる。これに対し、長崎本線・久大本線への直通列車をのぞいた博多以南のJR線は、概して天神大牟田線より運行本数が少なく、運賃も福岡 - 久留米間や福岡 - 大牟田間などでは天神大牟田線に比べて割高で、所要時間も西鉄特急と比べて長いなど、もともと利便性の面でやや不利な状況であった。さらに、2018年3月17日のダイヤ改正で福間駅 - 二日市駅間以外の快速運転列車が大幅に削減され、特に久留米以南では日中の博多方面との直通列車がなくなったため、利便性の低下が顕著となった。また、JRと西鉄で別々の場所に中心となる駅が設けられている都市の場合、西鉄の駅の方が概ね栄えた場所に位置し、乗降客数も西鉄駅の方がJR駅を上回ることが多い。
本路線と西鉄天神大牟田線は、大牟田駅以外では同居駅は存在しない。このため、両路線の相互の乗り換えの利便性はあまり良くないが、駅が近接している例も多く、徒歩連絡で乗り換えが可能な場合もある。徒歩連絡によって乗り換えが可能な駅は以下の通り。左側がJR駅、右側が西鉄駅である。
徒歩連絡で乗り換えが可能な駅
主に福岡市南部（南区、博多区）や筑紫地域、及び大牟田市内において、鹿児島本線と天神大牟田線が並走する区間があるため、徒歩連絡が可能な駅が存在する。
博多駅 - 薬院駅間、JR二日市駅 - 西鉄二日市駅・紫駅間、JR久留米駅 - 西鉄久留米駅間はそれぞれ1.5km前後の距離があるが、路線バスが頻発しており、路線バスを利用すれば10分前後で移動できる。
また、笹原駅 - 南福岡駅間や久留米駅 - 荒木駅間では両線が交差しており、両線の接続駅を設けてはどうかという提案が出されたこともあるが、費用や用地、近隣駅との距離関係などの問題があるため具体化には至っていない。
一方、2007年（平成19年）までは、福岡市と福津市との間でも、鹿児島本線と西鉄宮地岳線（現在の貝塚線）が並行していたが、西鉄宮地岳線は線路規格が低規格なことや、鹿児島本線で新駅の設置や列車増発などが行われたことなどもあり、利用者数が減少したことから、西鉄新宮駅 - 津屋崎駅間が同年3月をもって廃線になったため、以後は、福岡市から新宮町までの区間で両者が並行して存在している。こちらの場合、JR千早駅と西鉄千早駅が同一駅舎内に存在していることもあり、ここで相互の連絡を図ることが可能である。しかし、香椎駅と西鉄香椎駅の間を徒歩連絡する例も未だ見られる。
福岡市 - 宗像市・北九州市間では西鉄バス路線との競合も見られる。こちらのバスはJR駅に隣接の停留所からの利用は少なく、JRの駅から遠い住宅地から都心部への需要の集合を主とし、鹿児島本線を補完するニッチ産業的輸送形態と言え、中心的存在を担いうる鉄道（天神大牟田線系統）とは対照をなす形となっている。
北九州市においては軌道線（路面電車）の西鉄北九州線が門司区と八幡西区との間（門司港駅 - 折尾駅間）で鹿児島本線と並行していたが、2000年（平成12年）までに順次廃止され、現存しない。
熊本県内の地域輸送を担う区間で、主に815系や817系による2両編成でワンマン運転を実施しているが、朝と夕方の時間帯を運行する列車や、博多方面への直通列車は415系4両編成で運転されており、車掌が乗務する列車もある。日中の普通列車は、これまでは銀水駅または鳥栖駅まで乗り入れ、一部は荒尾駅で博多方面の快速列車と接続するダイヤになっていた。2018年3月17日のダイヤ改正からは、博多方面の快速が久留米駅止まりとなる代わりに日中の銀水駅発着列車が区間快速（銀水は通過、大牟田以南は各駅に停車）として鳥栖駅まで運転され、博多方面の快速と熊本方面の区間快速が久留米駅または鳥栖駅で接続するようになった。運行本数は1時間あたり1 - 3本となっている。このほか熊本駅 - 宇土駅間には三角線直通の気動車による普通列車も1時間あたり1本程度走っており、新八代駅 - 八代駅間には肥薩線・肥薩おれんじ鉄道の普通列車も一部乗り入れていて、この区間では毎時3本程度となる。
特急列車は熊本駅 - 八代駅間に肥薩線直通特急の観光特急「かわせみ やませみ」が3往復（1・2号を除き全車指定席）、「いさぶろう・しんぺい」が1往復運行される。このほか、土休日や夏休み・冬休みなどの時期にかぎり、特急「A列車で行こう」が熊本駅から宇土駅を経由し、三角線の三角駅まで運転される。
九州新幹線全線開業後は、それまでの最終列車発時刻の繰り下げにより熊本発午前0時台の八代行き普通列車が新設された。
2000年3月11日ダイヤ改正から、日中の一部の普通列車が田原坂駅と西里駅を通過していた。2003年3月15日ダイヤ改正より、西里駅に再び普通列車全列車が停車するようになった。2011年3月11日ダイヤ改正で田原坂駅を通過する普通列車が快速「くまもとライナー」に格上げされたため、田原坂駅を通過する普通列車は事実上消滅したが、2015年3月14日のダイヤ改正で「くまもとライナー」が廃止され、田原坂駅を通過する普通列車が復活した。2018年3月17日ダイヤ改正で、区間快速を含むすべての普通列車が再び田原坂駅に停車するようになった。
ワンマン運転の普通列車（2両編成）の乗車方法について、2006年（平成18年）3月17日まで有人駅での営業時間外の停車時および無人駅に関しては、前の車両のドアのみ開き（中扉は開かず・後ろ乗り前降り）、乗車時には整理券を取り、下車時には運賃・乗車券とともに運転士に渡す必要があったが、翌3月18日のダイヤ改正後より、すべての駅で列車のホーム側のすべてのドアから乗り降りできるようになった。
熊本駅 - 八代駅間でキハ40形・キハ47形による快速列車が朝に上り1本のみ運行されている。途中停車駅は新八代駅のみ。元は肥薩線から乗り入れる快速列車であったが、2018年3月17日のダイヤ改正で肥薩線内の運転が取りやめとなった。肥薩線乗り入れ快速列車のほとんどが、2017年3月4日の改正で新設された特急「かわせみ やませみ」に置き換えられ、「いさぶろう・しんぺい」の熊本駅 - 人吉駅間が特急化されたため、下りの定期快速は消滅した。また、臨時快速として8620形蒸気機関車による「SL人吉」が設定されているが、乗車にはSL指定券が必要である。
肥薩おれんじ鉄道線より快速「スーパーおれんじ」が土日祝日などに出水駅 - 熊本駅間で2往復、肥薩おれんじ鉄道に所属する1両編成の気動車で直通運転されており、熊本駅 - 八代駅間はノンストップで運行する。
1980年（昭和55年）10月1日から1989年（平成元年）3月10日までの間、博多駅発着で肥薩線直通の急行「くまがわ」が博多駅 - 熊本駅間を快速列車として運転していたことがあり、荒尾駅 - 熊本駅間では途中長洲駅・玉名駅・木葉駅・植木駅・上熊本駅に停車していた（木葉駅は当初通過で途中から停車駅に追加。また博多駅 - 荒尾駅間は当時の快速電車と異なり、南福岡駅と基山駅を通過していた）。
2011年3月12日のダイヤ改正で、田原坂駅を通過する普通列車を格上げする形で快速「くまもとライナー」が運行を開始した。荒尾駅以南においては長洲駅・玉名駅・木葉駅と、植木駅以南の各駅に停車し（荒尾駅 - 植木駅間の停車駅は前述の快速「くまがわ」停車駅と同じ。西里駅には2014年3月15日から停車）、大牟田駅または荒尾駅で、博多方面の快速と接続していた。大牟田駅 - 熊本駅間の所要時間は普通列車に比べ約5分短縮されたが、田原坂駅に加えて快速通過駅となった南荒尾駅・大野下駅・肥後伊倉駅は実質1時間あたり1本に減便となった。2015年3月14日のダイヤ改正で「くまもとライナー」は廃止され普通列車に戻された。鹿児島都市圏の地域輸送を担う区間で、普通列車は約8割が817系によるワンマン運転で、朝夕は415系による列車も数本運転される。
昼間は1時間あたり鹿児島中央駅 - 川内駅間の直通が1本（時間帯により2時間近く開く場合あり）、鹿児島中央駅 - 伊集院駅間は区間運転を含めて2本程度運行されている。朝夕の通勤通学時間帯は串木野駅折り返し列車も運転され、1時間あたり鹿児島中央駅 - 串木野駅・川内駅間で2 - 3本程度、鹿児島中央駅 - 伊集院駅間では3 - 4本程度運行されている。多くの列車は鹿児島中央駅発着となっているが、鹿児島駅発着列車や日豊本線国分駅・都城駅・宮崎駅発着の設定もある。
九州新幹線開業後、串木野駅 - 川内駅間は普通列車に限り日中の本数は半減（全体の本数も若干減っている）したものの、その分夜間・深夜の運転本数が増えた（川内発最終列車開業前21時台半ば→開業後23時台後半）。最終列車の川内終着時刻は特急「ドリームつばめ」を除き、九州新幹線開業以前まで日付を跨ぐことはなかった（川内駅終着時刻：開業前23時54分→開業当時0時30分、現在0時39分）。鹿児島中央駅からの串木野駅折り返し列車は九州新幹線開業後に新設された。
ワンマン運転の普通列車（2両編成）の乗車方法であるが、2006年（平成18年）3月17日まで有人駅での営業時間外の停車時および無人駅に関しては、前の車両のドアのみ開き（中扉は開かず・後ろ乗り前降り）、乗車時には整理券を取り、下車時には乗車券等を整理券とともに運転士に渡す必要があったが、翌3月18日のダイヤ改正後より、すべての駅で列車のホーム側のすべてのドアから乗り降りできる都市型ワンマンになった。
2008年3月15日のダイヤ改正から肥薩おれんじ鉄道線より快速「オーシャンライナーさつま」が土日祝日や多客期に2往復（出水駅 - 鹿児島中央駅間）、肥薩おれんじ鉄道に所属する1両編成の気動車で直通運転されている。肥薩おれんじ鉄道線から一部の普通列車が川内駅 - 隈之城駅間に乗り入れている。
特急「ドリームつばめ」廃止時に、代替として鹿児島中央発最終の川内行き快速列車（当初は途中伊集院駅までの各駅と湯之元駅、串木野駅に停車。鹿児島中央23:50発、川内終着0:30。後に市来駅が停車駅に加わり、川内終着0:33に変更。）が設定されたが、2007年3月18日の改正で各駅に停車する普通列車に変更された。
また2011年3月12日改正では従来運行されていた「さわやかライナー」・「ホームライナー」が特急に格上げされ「川内エクスプレス」となり特急列車が復活したが、2016年3月26日改正で廃止されたことで、以後は前述の快速「オーシャンライナーさつま」を除きすべての旅客列車が各駅停車の普通列車となっている。この区間は路線名称上は鹿児島本線であるが、運転系統上の基点が鹿児島中央駅に置かれており、実質的に日豊本線の一部として運転が行われている。詳細は「日豊本線#都城駅 - 鹿児島駅・鹿児島中央駅間」を参照のこと。
肥薩おれんじ鉄道線や千早操車場 - 福岡貨物ターミナル駅間の貨物支線を含む全線で、多くの貨物列車が運行されている。大半の列車がコンテナ車で編成された高速貨物列車であるが、北九州貨物ターミナル駅 - 黒崎駅間に化学薬品輸送用タンク車等を連結可能な専用貨物列車も運行されている。牽引機関車は、EH500形電気機関車（幡生操車場 - 福岡貨物ターミナル駅間のみ）やED76形電気機関車、EF81形電気機関車である。
線内の貨物列車の発着駅は、北九州貨物ターミナル駅・黒崎駅・福岡貨物ターミナル駅・鳥栖貨物ターミナル駅・大牟田駅・熊本駅・八代駅・川内駅・鹿児島貨物ターミナル駅。
門司港駅 - 八代駅間は九州鉄道により開業した。九州初の鉄道として博多駅 - 千歳川仮駅（筑後川北岸）間が1889年（明治22年）に開業し順次東と南へ延伸され1896年（明治29年）に八代駅に達した。
八代駅 - 鹿児島駅間は、当初国防上の理由もあり最短経路である人吉経由（現在の肥薩線経由）の路線が人吉本線および鹿児島本線を名乗ったが1927年（昭和2年）に川内経由の路線が全通するとこちらが鹿児島本線となった。
九州新幹線が2004年（平成16年）に部分開業し、八代駅 - 川内駅間が肥薩おれんじ鉄道に移管された。※この節の門司駅は現在の門司港駅（1942年4月1日改称）
八代駅 (232.3km) - 肥後高田駅 - 日奈久駅（現在の日奈久温泉駅） - 肥後二見駅 - 上田浦駅 - 肥後田浦駅 - 海浦駅 - 佐敷駅 - 湯浦駅 - 津奈木駅 - 初野信号場（現在の新水俣駅） - 水俣駅 (281.9km) - 袋駅 - 米ノ津駅 - 出水駅 (297.9km) - 西出水駅 - 高尾野駅 - 野田郷駅 - 折口駅 - 赤瀬川信号場 - 阿久根駅 (318.5km) - 牛ノ浜駅 - 薩摩大川駅 - 西方駅 - 薩摩高城駅 - 草道駅 - 上川内駅 - 川内駅 (349.2km)
経営移管前の当該区間における運行形態は、全区間を通して特急つばめが毎時1本、普通列車が当該区間中ほどの水俣駅または出水駅で分断し、八代・川内各方面とも1 - 3時間に1本の運転だった。八代側には八代 - 日奈久（当時）・佐敷・水俣、水俣 - 出水・西鹿児島（当時）、川内側には上川内始発の西鹿児島行きの区間便も存在した。