紀勢本線
かつて有田鉄道が分岐し、特急の停車駅にもなった藤並駅を過ぎると、西進しながらJR西日本管内の在来線では最長の有田川橋梁 (912m) を渡って、有田みかんの生産地である有田市に入り、有田川の右岸を走行する。有田市の代表駅である箕島駅を過ぎて半島の先端を回って石油タンクが立ち並ぶ初島駅に至り、再び東に進路を変えて下津駅と続く。
加茂郷駅を過ぎトンネルを抜けると再び海岸線を走行するようになり、左手には紀伊水道が見える。この先の冷水浦駅まで、紀勢本線では海が見える最後の区間で、対岸にはポルトヨーロッパや工業地帯が見える。阪和道の海南インターチェンジの高架橋をくぐると、左にカーブをしながらやがて高架橋を走行して海南駅を通過し、その後も高架橋を走行するも徐々に高度を落として紀勢本線最後で180か所目のトンネルを通過する。トンネルを抜けると黒江駅で、和歌山市に入って名草山の南西側を迂回するために左へカーブしてしばらく直進で進んだのち、再び右へカーブして紀三井寺駅を通過し、徐々に和歌山市の市街地を進むようになる。宮前駅を過ぎると左手には和歌山ビッグホエールと呼ばれる多目的施設が見えるが、かつてここには和歌山操駅があった。やがて右手から和歌山電鐵貴志川線が寄り添ってくると、和歌山駅に到着する。
岩代駅 - 切目駅間は太平洋を眺める
印南駅からは印南町のシンボルである「かえる橋」を見ることができる
ポルトヨーロッパや工業地域を見ることができる加茂郷駅 - 冷水浦駅間
9月25日:栃原駅 - 川添駅間(3.6M≒5.79km)が延伸開業し、川添駅が開業。
1925年(大正14年)8月15日:川添駅 - 三瀬谷駅間(4.4M≒7.08km)が延伸開業し、三瀬谷駅が開業。
1926年(大正15年)8月18日:三瀬谷駅 - 滝原駅間(3.2M≒5.15km)が延伸開業し、滝原駅が開業。
1927年(昭和2年) 7月3日:滝原駅 - 伊勢柏崎駅間(5.7M≒9.17km)が延伸開業し、伊勢柏崎駅が開業。 11月13日:伊勢柏崎駅 - 大内山駅間(2.9M≒4.67km)が延伸開業し、大内山駅が開業。
1928年(昭和3年)11月8日:阿曽駅が開業。
1930年(昭和5年) 4月1日:営業距離の単位がマイルからメートルに変更(27.6M→44.5km)。 4月29日:大内山駅 - 紀伊長島駅間 (11.5km) が延伸開業し、紀伊長島駅が開業。
1932年(昭和7年)4月26日:紀伊長島駅 - 三野瀬駅間 (7.4km) が延伸開業し、三野瀬駅が開業。
1934年(昭和9年)12月19日:三野瀬駅 - 尾鷲駅間 (17.5km) が延伸開業し、船津駅・相賀駅・尾鷲駅が開業。
1946年(昭和21年)6月11日:大内山駅 - 紀伊長島駅間が票券閉塞式から通票閉塞式に変更。
1957年(昭和32年)1月12日:尾鷲駅 - 九鬼駅間 (11.0km) が延伸開業し、大曽根浦駅・九鬼駅が開業。
1958年(昭和33年)4月23日:九鬼駅 - 三木里駅間 (4.2km) が延伸開業(旅客営業のみ)し、三木里駅が開業。
新宮鉄道→紀勢中線(新宮駅 - 串本駅間)
1909年(明治42年)5月14日:新宮鉄道に対し仮免許状下付(東牟婁郡新宮町-同郡勝浦村間 動力蒸気及自働車併用)。
関西鉄道・参宮鉄道→参宮線(亀山駅 - 多気駅間)
1891年(明治24年) 8月21日:関西鉄道津支線 亀山駅 - 一身田駅間(7M42C≒12.11km)が開業し、下庄駅・一身田駅が開業。 11月4日:一身田駅 - 津駅間(2M18C≒3.58km)が延伸開業し、津駅が開業。
1893年(明治26年)12月31日:参宮鉄道 津駅 - 相可駅 - 宮川駅間が開業し、現在の紀勢本線にあたる区間に阿漕駅・高茶屋駅・六軒駅・松阪駅・徳和駅・相可駅(初代、現在の多気駅)が開業。
1901年(明治34年)1月25日:関西鉄道津支線が8C(≒0.16km)短縮。
1907年(明治40年) 10月1日:関西鉄道・参宮鉄道が国有化。 11月1日:一身田駅 - 津駅間が0.1M(≒0.16km)短縮。
1909年(明治42年) 9月29日:阿漕駅 - 高茶屋駅間が複線化。 10月12日:国有鉄道線路名称の制定により、亀山駅 - 山田駅(現在の伊勢市駅)間が参宮線となる。
1911年(明治44年)11月7日:松阪駅 - 徳和駅間が複線化。
1923年(大正12年)3月20日:相可駅が相可口駅に改称。
1930年(昭和5年)4月1日:営業距離の単位をマイルからメートルに変更(亀山駅 - 相可口駅間 26.4M→42.5km)。
1944年(昭和19年)8月1日:阿漕駅 - 高茶屋駅間、松阪駅 - 徳和駅間が単線化。
1956年(昭和31年)10月15日:六軒駅構内において列車衝突事故(六軒事故)が発生。
紀勢東線(多気駅 - 三木里駅間)
1923年(大正12年) 3月20日:紀勢東線 相可口駅(現在の多気駅) - 栃原駅間(7.8M≒12.55km)が開業し、相可駅(2代目)・佐奈駅・栃原駅が開業。
全区間直流電化
停車駅 特急...「くろしお (列車)」「南紀 (列車)」参照 普通(阪和線内で快速または紀州路快速となる列車を含む)... すべての駅に停車する(表中省略、阪和線内で快速または紀州路快速となる普通の停車駅については阪和線を参照)
全駅和歌山県内に所在
和歌山駅では、和歌山市行きの列車は8番のりばから発車する。阪和線と並走し、高架橋をくぐる付近までわずかであるが和歌山線と線路を共用し、和歌山線の線路が右に分かれる。先に阪和線が左に分かれ、その後和歌山線が右に分かれていくと、しだいに左にカーブをして阪和線をくぐって高架橋を上り始め、直線部にある紀和駅に至る。紀和駅は1968年まで和歌山駅と称し、和歌山駅は同年まで東和歌山駅と称していた。2008年に紀和駅付近が連続立体交差事業により高架化された。紀和駅を発車すると、左にカーブをしながら高架を下り、次第に南海本線が右手から合流する。南海電鉄分界点を通過し、和歌山市駅に到着する。紀勢本線から南海線への渡り線が設けられているが、この渡り線は非電化であり、紀勢本線の旅客列車が南海線のホームを発着することはない。かつては、この渡り線を介して南海本線から南紀方面への直通列車が運転されていたが、現在は甲種車両輸送時の車両受け渡し用としてのみ利用されている。
南海線との渡り線付近を走行する105系
地上線時代の会社境界場所。 金網の柵がある区間が南海電鉄、枕木の柵がある区間がJR。
御坊駅 - 和歌山駅間は1時間に1 - 2本が運行されている。朝と夜の一部時間帯を除いて1時間あたり2本が運行されており、紀勢本線の中で最も運転本数の多い区間である。ただし、日中の一部列車は箕島駅 - 和歌山駅間の運転である。主に223系・225系・227系電車で運行されており、原則として和歌山駅で紀州路快速を含む阪和線の快速列車との接続が考慮されている。また、阪和線との直通列車も朝晩に設定されており、223系や225系電車で運行されている。前述のとおり、紀伊田辺駅 - 御坊駅 - 和歌山駅間を直通する普通列車も朝と夜に設定されている。
御坊駅 - 和歌山駅間で通過運転を行う快速(停車駅は#駅一覧参照)が設定されており、朝に紀伊田辺発2本(平日は和歌山行き2本、休日は和歌山行きと和歌山駅から紀州路快速となる大阪環状線直通京橋行き)、平日の夕方に和歌山発紀伊田辺行き1本の快速列車も運転されている。
この区間は特に和歌山側の利用客が比較的多いこともあり、すべて4両編成で運転されている。1992年3月13日までは阪和線からの直通列車を中心に113系の6両編成で運転される列車も存在していた。
2023年8月21日より一部列車においてサイクルトレインが実施されている(事前予約制で1列車3台までの実証実験)。
阪和線との直通運転
紀勢本線の電化後、阪和線の電車(快速の一部および日根野駅発着の各駅停車の一部。紀勢本線内は各駅停車)の乗り入れが開始された。2000年3月10日までは、日中においても天王寺駅 - 御坊駅・紀伊田辺駅間直通運転の快速(紀勢本線内は各駅停車)が設定されており、これらの列車が紀勢本線内の日中の普通運用も兼ねていた。