青梅線
12月26日:中央線直通運用でE233系が立川駅 - 青梅駅間で営業運転開始。
2007年(平成19年) 3月18日:全線で中央線編成のE233系運用開始。 201系H編成の一部がT編成となり、H編成として残ったグループは「東京方から4両+6両」が「東京方から6両+4両」に組成を変更し、E233系と共通運用になる。 11月:青梅線専用編成のE233系の使用開始(ただし、当面は分割のない6両編成のみ単独運用での運行)。
2008年(平成20年) 2月19日:201系青梅線専用編成を一斉にE233系に置き換え。同日より4両編成も営業開始。201系は3月まで6両編成3本が単独運用に残る。 3月9日:青梅駅 - 奥多摩駅間 ATS-P使用開始。 3月15日:青梅駅 - 奥多摩駅間のE233系でドアの半自動扱い開始(通年)。
2009年(平成21年)7月20日:展望型電車「四季彩」運転終了。
2010年(平成22年)10月14日:201系の運用終了。
2011年(平成23年)7月23日:節電・空調効率向上のため、全駅でドアの半自動扱いを開始(ただし、立川駅では中央線との直通電車は自動、始発電車のみ半自動扱い)。
2016年(平成28年)3月26日:この日のダイヤ改正により、平日9時頃から14時頃にかけて、青梅駅 - 奥多摩駅間の運転間隔を改正前の30分間隔から45分間隔に変更。青梅線 西立川駅 - 青梅駅間、五日市線 拝島駅 - 武蔵五日市駅間が列車運行情報サービス「どこトレ」の案内路線に追加。
2017年(平成29年) 2月14日:東京圏輸送管理システム(ATOS)を導入。
立川駅以西の中央線と平面交差せずに同線下り線および南武線が青梅線と連絡するために立川駅から西立川駅まで連絡線が設置されている。営業キロは設定されておらず、時刻表にも載っていない。青梅線の渡り線の扱いで、「青梅連絡線」や、JRでは「青梅第三線」と呼称されていたが、現在では「青梅短絡線」が正式名称である。「短絡線」と呼ばれているが、本線より約200m遠回りである。
東京都下多摩地域の北西部を走る。青梅駅以東では中央線電車の乗り入れが多く、東京都区部への通勤輸送の一角を担っている。一方、奥多摩地区への観光路線としての性格も併せ持つ。全線で多摩川左岸に沿って走り、多摩川本流を横断することはない。
全区間が旅客営業規則の定める「東京近郊区間」「電車特定区間」およびIC乗車カード「Suica」の首都圏エリアに含まれている。ラインカラーは中央線と共通のオレンジバーミリオン(■)が使用されている。
1930年(昭和5年) 月日不明:全線の電圧を1200Vから1500Vに昇圧。 4月1日:営業距離をマイル表記からメートル表記に変更(立川駅 - 御嶽駅間 16.8M→27.2km、福生駅 - 河岸積込所間 1.2M→1.8km)。 7月16日:西立川停留場が開業。
1931年(昭和6年)11月15日:貨物駅として西立川駅が開業。南武鉄道立川駅 - 西立川駅間の貨物連絡線(2.1km)が開業。
1932年(昭和7年)10月1日:東青梅停留場(現在の東青梅駅)が開業。
1933年(昭和8年)11月21日:全線蒸気動力廃止認可。
1935年(昭和10年) 6月14日:立川駅 - 上古新田駅間(1.7km)および上古新田荷扱所が廃止。 6月19日:西立川駅が西立川停留場と統合され、旅客営業を開始。
1938年(昭和13年) 1月25日:昭和前仮停留場(現在の昭島駅)が開業。 12月25日:昭和前仮停留場が昭和前駅に変更。
1940年(昭和15年) 8月17日:南武鉄道の連絡線休止。 9月1日:休止中の南武鉄道連絡線の起点が立川駅から武蔵上ノ原駅に変更(-0.9km)。
1942年(昭和17年)7月1日:東中神停留場(現在の東中神駅)が開業。
1943年(昭和18年)3月1日:牛浜仮停留場(現在の牛浜駅)が開業。
五日市鉄道の拝島駅 - 立川駅間の旅客線の一部と、ともに浅野財閥系列であった青梅電気鉄道と南武鉄道を立川駅において国鉄を介さずに貨物列車を直通させるために敷設したものである。連絡線自体は、当初五日市鉄道が建設しようとしたが、申請した敷設免許がなかなか交付されず、結局は南武鉄道が完成させた。
1930年(昭和5年)7月13日:五日市鉄道が、立川駅 - 武蔵上ノ原駅間(0.8km)を立川駅 - 拝島駅間の旅客線の一部として開業。
1931年(昭和6年)11月15日:南武鉄道貨物支線 立川駅 - 武蔵上ノ原駅 - 西立川駅間(2.1km)が開業(立川駅 - 武蔵上ノ原駅間(0.9km)は五日市鉄道との二重線籍)。
1940年(昭和15年) 8月17日:南武鉄道貨物支線休止。 9月1日:休止中の南武鉄道貨物支線の起点を立川駅から武蔵上ノ原駅に変更(-0.9km)。
E257系電車:2002年7月1日 - 2019年3月15日 「青梅ライナー」で使用。
201系電車:1982年11月15日 - 2010年10月14日 中央線からの直通列車としての運用が主体であったが、線内運用についても、2001年以降に中央・総武緩行線で使用された201系が青梅線や五日市線、京葉線に転属し、103系を置き換えた。中央線の編成と違って、先頭に種別表示器を掲出していない。そのため、中央線の201系と青梅線・五日市線内専用の201系の双方が走る光景が見られたが、2007年3月17日からE233系の青梅線・五日市線内専用編成の運用が始まると青梅線・五日市線内専用の201系は順次置き換えられて、2008年3月26日に青梅線と五日市線での運用を終了した。その後は中央線直通電車のみの運用となっていたが、2010年10月14日で定期運用を終了し、青梅線での営業運転を終えた。なお、五日市線への乗り入れは2008年3月以降はなかった。
103系電車:1976年11月25日 - 2002年4月13日 中央・総武緩行線で走っていた201系が導入されたため、2002年3月7日で運用を終了し、4月13日に「さよなら運転」が行われた。
1944年(昭和19年) 4月1日:青梅電気鉄道・奥多摩電気鉄道(未成)の鉄道線が国有化され青梅線になる。停留場・仮停留場が駅に変更。楽々園停留場が三田村駅に、河岸積込所が福生河原駅に改称。立川駅 - 中神駅間が複線化。旧・南武鉄道の連絡線 武蔵上ノ原駅 - 西立川駅間(1.2km)が青梅線に編入され営業廃止(同年10月11日営業廃止の五日市線立川駅 - 武蔵上ノ原駅間とともに廃止後も渡り線として存置され青梅短絡線を形成)。 7月1日:御嶽駅 - 氷川駅(現在の奥多摩駅)間(10.0km)が延伸開業し全通。川井駅、古里駅、鳩ノ巣駅、白丸駅、氷川駅が新設。
1946年(昭和21年)5月15日:中神駅 - 拝島駅間が複線化。
1947年(昭和22年)3月1日:三田村駅が石神前駅に改称。
1949年(昭和24年)6月27日:朝に青梅駅→東京駅間(上りのみ)で直通列車運転開始。
1950年(昭和25年)10月1日:夕方に東京駅→青梅駅間(下り)で直通列車運転開始。