山梨県北杜市の小淵沢駅と長野県小諸市の小諸駅を結ぶ78.9㎞の路線。八ヶ岳の麓の野辺山高原を走る区間では標高1000m以上の高所を走っており、標高1345mでJR最高駅の野辺山駅および標高1375mのJR最高地点を擁する。また、甲斐小泉～松原湖間の9駅がJRで標高の高い駅ランキングの9位までを独占している。（10位は中央本線富士見駅）小諸～小海間は私鉄の佐久鉄道として大正4（1915）年から大正8（1919）年にかけて開業し、昭和9（1934）年9月1日に国有化された。小海～信濃川上間は小海北線、小淵沢～清里間は小海南線として開業し、昭和10（1935）年11月29日に清里～信濃川上間の開通を以て小海線が全通した。平成19（2007）年7月31日には世界初の営業用ハイブリッド気動車キハE200形が導入されている。