大月線は、古くから富士登山の拠点となっていた吉田（現在の富士吉田市）と、八王子から大月まで延びて来た中央東線（中央本線）を結び、東京からの登山客らを運ぶために敷設された富士馬車鉄道と都留馬車鉄道による馬車鉄道を前身とする。両社は軌間が異なっていたため、途中で乗り換えが必要で、これを解消するため1921年に両社が合併し、大月 - 金鳥居上（後の富士吉田）間の軌間を統一・電化して電気運転を開始した。
しかし、馬車鉄道時代からの併用軌道では所要時間もかかり、急増する旅客をさばききれなくなったため、1926年に設立された富士山麓電気鉄道へ1928年に全線を譲渡し、1929年に新設の鉄道線に切り替えられ、馬車鉄道以来の軌道は廃止された。これにより大月 - 富士吉田間を2時間かかっていた所要時間も1時間以下と大幅に短縮され、富士山麓は東京からの日帰り観光圏内となった。
また、都留馬車鉄道は一時籠坂峠に至るまでの路線を有しており、明治から大正期まではそこから東海道本線（今の御殿場線）御殿場駅前までを結んでいた御殿場馬車鉄道と連絡していたこともあった。
富士山駅で接続する大月線・河口湖線の両線は一体的に運用され、直通運転が行われており、旅客案内上これらの路線名は使用されていない。以下の列車が運行されているが、いずれの列車もワンマン運転は行っておらず、必ず車掌が乗務する。