外房線
基本的に1時間ごとに、京葉線の東京駅から上総一ノ宮駅・勝浦駅・安房鴨川駅まで特急「わかしお」が運行されている。かつては255系電車による列車が特急「ビューわかしお」として運行されていたが、2005年12月10日のダイヤ改正で特急「わかしお」に統一された。夜の一部列車は勝浦駅 → 安房鴨川駅間で普通列車として運転されている。
基本的に最長でも安房鴨川駅までの運転で、定期列車として安房鴨川駅から内房線に直通する特急列車は現在設定されていないが、臨時列車として土曜・休日に新宿駅 - 安房鴨川駅間で運転されている特急「新宿わかしお」が期間限定で和田浦駅まで運転されたことがあった。毎年元日には初日の出専用列車の特急「外房初日の出」が高尾駅・新宿駅から内房線太海駅・千倉駅・館山駅まで直通運転している。毎年12月上旬頃に長者町駅付近でのいすみ健康マラソン開催時には、同駅始発の上り臨時特急「いすみマラソン」が運転される。また、1975年までは房総半島を一周する列車が走っており(「わかしお (列車)」参照)、その後も臨時快速「ぐるり房総号」を運転していた時期があった。
安房天津 - 安房鴨川間(2016年5月)
京葉線直通
京葉線東京駅を発着し新木場駅・舞浜駅・海浜幕張駅などを経由する直通列車も運転されている。
以前は京葉線直通列車は主に早朝・夜間のみの運転であったが、2010年12月4日のダイヤ改正より、日中にも京葉線 - 外房線を直通する快速列車の運転が開始された。ほとんどの京葉線直通列車は蘇我駅で内房線の列車と相互接続を行う。
早朝・夜間に運転されている快速列車は外房線内でも一部の駅を通過するが、日中の快速列車は外房線内の各駅に停車する。このタイプは、勝浦・安房鴨川方面の普通列車との接続はなかったが、前述した通り2021年3月から接続するようになった。
通勤快速は、上総一ノ宮駅発着と、成東駅・勝浦駅発着が存在する。このうち、前者は2022年3月のダイヤ改正で普通に格下げされる。
夜の京葉線東京発の通勤快速(土曜・休日は快速)10両編成は誉田駅で分割し、前4両が大網経由東金線成東行き(誉田駅から先の各駅は各駅に停車)、後6両が通勤快速勝浦行き(上総一ノ宮駅からは各駅に停車、土曜・休日は快速)として運転される。また、朝の勝浦・成東発通勤快速(土曜・休日は快速)は、勝浦発(6両編成、上総一ノ宮駅までは各駅に停車)の列車が、誉田駅で後から来る東金線成東発の通勤快速(4両編成、土曜・休日は快速)と連結して10両編成となる。
1975年3月10日のダイヤ改正で千葉駅 - 安房鴨川駅間に1日1往復設定された快速で、東京駅 - 千葉駅間の快速が「総武快速」と呼ばれたのと区別するため、この快速は「千葉快速」と呼ばれた。朝に上り、夜に下りが運転され、当初の停車駅は千葉駅・大網駅・茂原駅・上総一ノ宮駅・大原駅・御宿駅・勝浦駅・鵜原駅・上総興津駅・行川アイランド駅・安房小湊駅・安房天津駅・安房鴨川駅だったが、1978年10月2日のダイヤ改正で誉田駅・本納駅・太東駅・長者町駅、1979年10月1日のダイヤ改正で蘇我駅が停車駅に追加され、1981年10月1日のダイヤ改正で普通に格下げされる形で廃止された。
千葉から房総半島を横断し、同半島の東岸(太平洋)沿いを南下して鴨川へ至る路線。蘇我駅で内房線が分岐し、安房鴨川駅で再び内房線と接続する。
千葉駅 - 上総一ノ宮駅間は全区間複線であり、列車本数も比較的多く、東京方面から総武快速線や京葉線の快速電車や東金線から各駅停車が乗り入れている。一方上総一ノ宮駅以南は単線区間があり、列車本数が少なくなるが、東京から京葉線経由の特急列車が安房鴨川駅まで運転されている。
房総各線の中では、旅客人キロ・平均通過人員・旅客運輸収入いずれもトップである。
全線が旅客営業規則の定める「大都市近郊区間」の「東京近郊区間」、およびIC乗車カード「Suica」の首都圏エリアに含まれている。