沿北阿爾卑斯（飛驒山脈）東側、大町市以南的高瀬川、北流向日本海的姫川行走。沿線有立山黑部阿爾卑斯山脈路線的東口大町市、仁科三湖（木崎湖・中綱湖・青木湖）等行樂地與滑雪場。服務行樂客跟白馬岳登山者、松本市・安曇野市沿線都市上班・上學等機能。廣域輸送方面主要是與中央本線的特急列車直通。
小瀧站 - 平岩站間、1995年的集中豪雨造成土砂崩壞，部份路線作了變更。現在、同區間的國道148號僅可看到廢線路線的遺蹟。
JR東日本區間的顏色為紫。
路線資料
管轄・路線距離（營業KM）：全長105.4km 東日本旅客鐵道（第一種鐵道事業者）： 松本站 - 南小谷站間70.1km西日本旅客鐵道（第一種鐵道事業者）： 南小谷站 - 糸魚川站35.3km軌距：1067mm車站數：42（JR東日本34站、JR西日本8站。含起終點站・臨時站、JR西日本南小谷站除外）複線區間：無（全線單線）電化區間：松本站 - 南小谷站間（直流1500V）閉塞方式：自動閉塞式（特殊）保全裝置： 松本站 - 南小谷站：ATS-Ps南小谷站 - 糸魚川站：ATS-SW運轉指令所： 松本站 - 南小谷站：長野總合指令室南小谷站 - 糸魚川站：糸魚川站※松本 - 南小谷間為JR東日本長野支社、南小谷 - 糸魚川間為JR西日本金澤支社糸魚川地域鐵道部管轄。會社境界站南小谷站由JR東日本管理、南小谷站北方有上行場內信號機（松本起點70.616km地點）線上路境界位置。
運行形態
運行系統分為電氣化區間的JR東日本管轄松本 - 南小谷間、與非電氣化區間的JR西日本管轄南小谷 - 糸魚川間。JR東日本管轄區間俗稱“大糸南線”、JR西日本管轄區間俗稱“大糸北線”。
大糸線全線行走破的列車、1960年代 - 1970年代糸魚川 - 新宿間運行的有急行“阿爾卑斯”（1968年為“白馬”）與1971年起松本 - 金澤間運行的急行“白馬”、急行“阿爾卑斯”糸魚川發著便在1975年、急行“白馬”在1982年廢止。JR東日本管轄區間（松本 - 南小谷）
優等列車有來自新宿方向的特急“超級梓”（スーパーあずさ）・“梓”（あずさ）定期與臨時、名古屋方向的特急“信濃”臨時往白馬站與南小谷站直通運轉。、亦有急行“阿爾卑斯”的後繼快速“MOONNIGHT信州”臨時運轉。
而普通列車運行班數為松本 - 信濃大町間毎時1班程度、信濃大町 - 南小谷間1 - 2時間1班程度。
運行的定期列車是普通列車、南小谷 - 糸魚川間的列車、平岩 - 糸魚川間的區間亦有運轉。前者通常1日7往復。另外、此區間之中間站除夏季的平岩站之外皆為無人車站。
南小谷 - 糸魚川間是非電氣化區間、車輛為KIHA120形氣動車與KIHA52形氣動車。
不定期列車有由大阪方向北陸本線經糸魚川的滑雪列車“SPUR號”進入、2001年冬至2002年春是最後一次進入大糸線。
2014年度予定北陸新幹線長野 - 金澤間開業、並行在來線的北陸本線金澤 - 直江津間經營分離確定。
使用車輛
現在使用車輛電氣化區間（東日本旅客鐵道） - 無特記的為電車
普通列車 115系 - 長野總合車輛中心所屬E127系100番台 - 松本車輛中心所屬特急列車 E257系 - 松本車輛中心所屬E351系（臨時列車） - 松本車輛中心所屬383系（臨時列車） - JR東海神領車輛區所屬183・189系（臨時列車）- 長野總合車輛中心所屬排雪列車與客車牽引機關車 EF64形電氣機關車 - 長野總合車輛中心他、多種乘入。團體臨時用。DD16形柴油機關車 - 長野總合車輛中心所屬過去使用車輛 電化區間
社形（信濃鐵道買收車） MOHA20形、MOHAYUNI21形、KUHA29形省形木造車 MOHA10形、KUHA15形、SEHA19形17m級舊形電車 30系（KUMOHA11形、KUHA16形）31系（KUMOHA11形、KUHA16形）33系（KUMOHA12形）50系（KUHA16形）20m級舊形電車 40系（KUMOHA40形、KUMOHA41形、KUHA55形、SEHA57形、KUMOHA60形）32系（SEHA45形）42系（KUMOHA43形、KUMOHAYUNI44形）51系（KUMOHA51形、KUMOHA54形、KUMOHAYUNI64形、KUHA68形）MOHAYUNI81形新性能電車 165系（無急行列車）181系（特急“梓”）381系（特急“信濃”・末期臨時特急列車至2008年5月運用）電氣機關車 ED22形ED60形ED62形柴油機關車 DD16形DE10形（貨物用）蒸氣機關車 C56形（貨物用・非電化區間進入）C12形（貨物用・主要為非電化區間）非電化區間（無特記為氣動車。亦有進入電化區間）
KIHA51形（普通列車）KIHA52形0番台（普通列車）KIHAYUNI26形（普通列車・糸魚川 - 信濃大町間運用）KIHA55系（普通列車）KIHA58系（急行列車・末期亦為普通列車使用）
車站一覽
（臨）：臨時站線路（全線單線） … ◇・∨・∧：列車交會可、|：列車交會不可、+：列車交會不可但折返可能
東日本旅客鐵道全區間電氣化停車站（定期列車停車站表示） 普通…臨時站除外全站停車快速…●印車站為全列車停車、▲印車站部份列車停車、|印車站全列車通過特急…“梓”參照全車站在長野縣內廢站 括弧內為松本站起點之營業KM。
北松本臨時貨物積卸場 ： 松本 - 北松本間 (0.5km)青島停留場 ： 北松本 - 島內間 (2.1km)仏崎站 ： 信濃常盤 - 南大町間（約33.3km）
松本站：松本電氣鐵道淺間線 - 1964年4月1日廢止安曇追分站：池田鐵道 - 1938年6月6日廢止
