山手線
205系の10号車、E231系の7・10号車には片側が6扉の車両が連結されていた。平日の始発から朝10時までは混雑緩和のため座席が収納され使用できないが、朝10時を過ぎた時点で座席を使用することができた。土・休日は終日座席を使用できた。しかし、山手線の混雑緩和が進んだことから2010年2月19日からは座席収納を取りやめ、座席の利用が終日可能になった。なお、後述のホームドアの設置に伴い、2011年9月4日までに6扉車が4扉車へ完全に置き換えられたほか、ホームドア対応機器の設置が予定されている。この置き換えのため、4扉の付随車104両が新造されている。この付随車は1人あたりの座席幅を既存車より10 mm広い460 mmとし、台車や空調、VISなどは廃車流用品を用いている。
座席を収納したE231系の6扉車
また北王子線(東北本線支線)も接続していた。
↑ 田端駅 - 池袋駅 - 赤羽駅(湘南新宿ライン経由)には区間外乗車の特例がないため、通常の乗車券では田端方面から湘南新宿ライン赤羽方面に乗り換えることはできない(田端駅 - 池袋駅が重複乗車となる)。
↑ 品川 - 大崎 - 西大井には区間外乗車の特例が設けられているため、品川方面から西大井方面に乗り換えることができる(品川 - 大崎の重複乗車が認められる)。
↑ 有楽町駅 - 東京駅間を含む定期乗車券や特別企画乗車券などの利用を除き浜松町・新橋方面からのみ乗り換え可。
2022年度の時点で、上記全駅がJR東日本自社による乗車人員集計の対象となっている。
現在、山手線で駅間距離がもっとも長い区間は、大崎駅 - 品川駅間のおよそ2 km、もっとも短い区間は日暮里駅 - 西日暮里駅間のおよそ500 mである。
目黒駅 - 恵比寿駅間で目黒区を、巣鴨駅 - 駒込駅間で文京区を、神田駅 - 東京駅間で中央区をわずかに通るが、駅はない。
1891年(明治24年)9月1日に日本鉄道第一区線から第五区線が全通し、横浜・新橋・品川・上野方面と、高崎・宇都宮・福島・仙台・盛岡・青森方面が鉄路で結ばれた。
一方、同じ日本鉄道の路線である土浦線(1901年に海岸線に改称、現在の常磐線)と品川・横浜方面の連絡線の建設も計画された。土浦駅 - 南千住駅 - 田端駅間を結ぶ日本鉄道土浦線は、1896年(明治29年)12月25日、日本鉄道第一区線上に田端駅を開業すると同時に開通、土浦、水戸方面と東京の北側を直結させた。この海岸線と山手線を結ぶ短絡線(山手線枝線、当初は豊島線と呼称)は、1903年(明治36年)4月1日に日本鉄道品川線に池袋駅を開業し、同時に田端駅と池袋駅間を結ぶ線路の開通によって営業を開始した。この短絡線の建設に当たっては、当初は目白駅を分岐点とする計画もあったが、同駅周辺に十分な用地の確保が困難だったため、現在の池袋駅が開設され分岐点となった。駒込駅 - 巣鴨駅間で線路が南西を向いているのは、当初は目白駅を分岐点としていた名残といわれる。この短絡線は当初、豊島線と呼称されていたが、開業に先立つ1901年(明治34年)11月16日、日本鉄道は逓信大臣の認可のもと、定款の区線名称を変更し品川線と豊島線(当時未成線)を合わせ山手線とした。
開業後、東北・信越・常磐線のみならず中央線と東海道線を結ぶ役割も担うようになり、また、日露戦争の勃発などで貨物輸送量が大幅に増え、1904年の新宿駅 - 池袋駅間を皮切りに1910年まで複線化が行われた。この際、池袋駅 - 赤羽駅間は複線化から取り残され、支線的性格を強めた。