長野県道77号長野上田線
千曲川右岸を通る国道18号(北国街道)に対して、本路線は同川左岸を経て県内第1の都市である長野市と県内第3の都市である上田市とを結ぶ。ほぼ全線が長野県縦断駅伝のコースとなっている。
起点から篠ノ井橋北交差点・ランプまでの区間は国道18号の旧道であり、旧国道・旧18号などと呼ばれている。川中島・篠ノ井地区のメインストリートであり、沿道には商業施設が多く立地しており混雑が激しい。
その先稲荷山を経て、戸倉上山田温泉街を抜けると、塩田平の北端をしばらく進み、中之条交差点で長野県道65号上田丸子線に合流。赤坂交差点で別れ、上田電鉄別所線に沿って上田市街地を目指す。この赤坂交差点から終点までの区間は、2000年(平成12年)に国道143号築地バイパスが開通するまでは同国道との重複区間であった。
千曲川に架かる上田橋を渡ると上田市街地に入る。上田城の下を通り上田駅前で終点となる。
国道117号 : 青木島交差点(起点)
長野県道380号関崎川中島停車場線 : 中氷鉋交差点
国道19号(長野南バイパス) : 稲里西交差点
長野県道445号川合川中島線 : 南原交差点
長野県道86号戸隠篠ノ井線 : 茶臼山公園入口交差点
長野県道385号松代篠ノ井線 : 布施高田 / 篠ノ井駅入口交差点
長野県道70号長野信州新線・長野県道387号清野篠ノ井停車場線 : 御幣川交差点
国道18号(篠ノ井バイパス)・長野県道335号森篠ノ井線 : 篠ノ井橋北交差点
長野南郵便局
JR今井駅
長野県警北信運転免許センター
JR・しなの鉄道篠ノ井駅
JR稲荷山駅
時期不明 長野県道379号丹波島篠ノ井線、長野県道389号篠ノ井稲荷山線、長野県道159号上田稲荷山線の認定。
1993年(平成5年)5月11日 建設省(当時)が、県道丹波島篠ノ井線の一部、県道篠ノ井稲荷山線、県道上田稲荷山線を長野上田線として主要地方道に指定。
1994年(平成6年)4月1日 長野県が上記3路線を廃止し、新たに長野上田線を認定。
2008年(平成20年)7月23日 上田市半過地区(延長0.7km)での長期通行止が始まる。
2010年(平成22年)3月6日 力石バイパス(延長1.8km)供用開始。
2012年(平成24年)9月6日 力石バイパスに並行する旧道(L=2.0km)の県道区域を解除し、一部分は長野県道339号新田坂城停車場線の区域に編入。
2013年(平成25年)10月19日 塩崎バイパス(延長2.97km)併用開始。
2020年(令和2年)4月1日 塩崎バイパスに並行する旧道(L=4.5km)の県道区域を解除。