都営地下鉄新宿線
また橋本 - 調布間は京王相模原線として、笹塚 - 新宿間は京王線の線増部(京王新線)として開業している。
なお、本八幡 - 千葉ニュータウン方面間は千葉県が千葉県営鉄道北千葉線(仮称)として建設し、都営新宿線と直通運転を実施する計画であったが、取得していた鉄道事業免許は2000年に廃止され、その後計画自体が白紙化されている。
京王線・京王相模原線・京王高尾線と相互直通運転を行う関係で日本の地下鉄で唯一、軌間に1372mmの馬車軌間を採用している。
ATCシステムの関係で、東京の地下鉄では唯一VVVFインバータ制御車の走らない路線だったが、2005年(平成17年)5月14日に新ATCシステム(デジタルATC)への更新が行われ、同月21日から新宿線初のインバータ制御車10-300形が運用を開始した。また、京王9000系も翌2006年(平成18年)3月15日より乗り入れを開始した。
東京メトロ東西線と同様に中央・総武緩行線のバイパス的役割も担っている。コロナ禍以前のラッシュ時の混雑率は東西線よりも低かったが、もともと都営新宿線も乗車人数は増加傾向にあり、コロナ禍以降はあまり差が無くなってきている。そのため輸送力増強策として列車の10両化を推進し、2022年(令和4年)8月11日より全列車が10両編成で運行されている。
2011年(平成23年)12月には、都営大江戸線、都電荒川線、上野動物園モノレール、日暮里・舎人ライナーに次ぐ、全線でのバリアフリー化を達成した。
地下区間の駅部は開削工法、駅間トンネルは曙橋 - 市ケ谷間、九段下 - 小川町間は開削工法、それ以外の区間はシールド工法により施工した(隅田川横断部除く)。
シールドマシンは大部分が圧気工法併用の半機械掘り式で、軟弱地盤地帯を通る浜町工区(馬喰横山 - 浜町間)以東は、手掘り式またはブラインドシールドに変更が可能な機種を使用している。シールドトンネルの外径は、単線シールドが7.3 m(浜町工区のみ7.5 m)、複線シールドが10.6 mである。
甲州街道(国道20号)の地下に位置する新宿駅は、京王電鉄京王新線との共同使用駅であり、施工は京王帝都電鉄(当時)に委託した。地上からの駅ホーム階の深さは26.5 m(東京都交通局による公式な駅深さ。東京都交通局の資料において、「深さ」とは駅中心位置の地表からホーム面までの距離を示す。)・地下5階に位置し、駅構築のうちホーム中心から笹塚寄り半分は京王、本八幡寄り半分(111.6 m)と笹塚駅寄りの引き上げ線が東京都(交通局)の財産区分となる。
新宿駅を出発後、小田急小田原線、山手線、中央・総武緩行線・中央快速線、新宿貨物駅(1984年2月廃止・建設当時)の直下を単線シールドトンネル2本で横断する。当時、新宿貨物駅直下に地下3層構造の上越新幹線新宿駅を建設する計画があり、新宿線は新幹線構造物を避けるために国鉄新宿駅構内を下り32‰の勾配で横断する構造となっている(この工区は国鉄に施工を委託)。