国道45号
宮城県 仙台市(青葉区 - 宮城野区) - 多賀城市 - 塩竈市 - 宮城郡利府町 - 宮城郡松島町 - 東松島市 - 石巻市 - 登米市 - 本吉郡南三陸町 - 気仙沼市
岩手県 陸前高田市 - 大船渡市 - 釜石市 - 上閉伊郡大槌町 - 下閉伊郡山田町 - 宮古市 - 下閉伊郡岩泉町 - 下閉伊郡田野畑村 - 下閉伊郡普代村 - 九戸郡野田村 - 久慈市 - 九戸郡洋野町
青森県 三戸郡階上町 - 八戸市 - 上北郡おいらせ町 - 上北郡六戸町 - 十和田市 - 上北郡六戸町 - 十和田市 - 上北郡七戸町 - 上北郡東北町 - 上北郡野辺地町 - 東津軽郡平内町 - 青森市
国道346号(宮城県仙台市 - 宮城郡松島町・根廻交差点)
国道398号(宮城県本吉郡南三陸町戸倉 - 本吉郡南三陸町志津川五日町)
国道284号(宮城県気仙沼市・松川IC - 岩手県陸前高田市)
国道4号(青森県十和田市三本木 - 青森市・青い森公園前(終点))
国道394号(青森県上北郡七戸町影津内 - 上北郡七戸町上町野)
宮城県より、三陸海岸を経て青森県へ至る路線である。
1963年に一級国道45号として指定された当時は八戸市 - 仙台市間だけで延長507.4 kmにもおよぶ長大路線で、一部区間では車両通行が不可能だった。総延長は国道58号に次ぐ2位。1972年完成の一次改築によって同区間は411.2 kmまで短縮され、所要時間も5時間以上短縮された。
岩手県下閉伊郡岩泉町の小本地区の中野峠には最大10 %という急勾配と急カーブが2 kmにわたって続く当線最大の難所である中野坂があり、特に久慈方向から宮古方向は非常に急な下り坂で途中に3箇所、久慈方向からの緊急避難所がある。さらに、久慈方向からの降坂車が制限30 km/hを超えた場合、従来の電光表示と併用して警告音を大音量で鳴らす特殊仕様オービスもある。これを改良するため、三陸北縦貫道路整備の一環も兼ねて中野バイパス(現・岩泉道路)の整備が行われ、2010年11月28日に開通した。
国道45号は、中野坂以外にも、リアス式海岸の段丘部と市街地や港のある低地とを交互に通過するため、段丘を上り下りする急坂やカーブが多い。