1966年9月1日，6节编组列车开始在营团地下铁日比谷线上运行。

1968年1月27日，停靠神谷町站的营团地下铁日比谷线列车发生火灾。

1970年7月，营团地下铁日比谷线的标志色由紫色改为银色。

1988年7月1日，营团地下铁日比谷线部分运营列车升级为03系。

1990年9月17日，营团地下铁日比谷线增加03系5间样板列车进行运营。

1992年6月16日，营团地下铁日比谷线中目黑站侧线发生列车撞车事故。

1994年7月23日，3000系列车退役，不再服务营团地下铁日比谷线。

1995年3月20日，营团地下铁日比谷线受到恐怖分子攻击（东京地铁沙林毒气事件），神谷町站、霞关站、筑地站受影响严重。

1997年3月，北千住站改造工程完工，营团地下铁日比谷线站台搬迁至该站3层；10月12日，特色活动列车“梦幻特快'97”开始在营团地下铁日比谷线日吉站至霞关站区间运行。

2000年3月8日，营团地下铁日比谷线中目黑站发生列车脱轨事故，造成5人死亡。

2003年10月18日，营团地下铁日比谷线更换CS-ATC作为运行系统，列车最高运行速度由70千米/时提升至80千米/小时。

2004年4月1日，帝都高速度交通营团民营化，由东京地下铁株式会社承接运行日比谷线，营团地下铁日比谷线更名为东京地下铁日比谷线。

2006年3月27日，东京地下铁日比谷线增设女性专用车厢。

2017年3月25日，东京地下铁日比谷线引入20米级4门7节编组13000系列车投入运营。

2018年1月29日，东京地下铁日比谷线部分列车试行在车内播放背景音乐；3月17日，人形町站与东京地下铁半藏门线的水天宫前站获指定为换乘站，筑地站与东京地下铁有乐町线新富町站获指定为换乘站。

2020年2月28日，东京地下铁日比谷线03系列车退役；3月27日，东京地下铁日比谷线所有长度为18米的列车停止运行，列车长度统一为20米；3月28日，列车自动运行装置开始使用；6月6日，东京地下铁日比谷线虎之门Hills站开通使用，可与东京地下铁银座线虎之门站换乘。

下行（往久喜）的TH-LINER列车，全列车皆驶于霞关站 - 久喜站之间。另外，上行（往惠比寿）的TH-LINER列车在霞关站 - 惠比寿站间可自由乘车，只要有乘车券就可以上车。

停车站●: 停靠、△: 只有上行（往惠比寿）列车停靠、◇: 运行停车（东武铁道跟东京地铁乘务交换）、｜: 通过

东京地下铁日比谷线起于东京都目黑区中目黑站（向北连接东急东横线），后沿西乡山大街、驹沢大街向东北方铺设，在惠比寿站进入涩谷区；随后沿明治大街、外苑东大街、首都3号高速（涩谷线）继续向东北方铺设，在六本木站进入港区，并向东南方转向，沿外苑东大街铺设，下穿六本木商业区，随后再向东北方转向，沿楼田大街铺设，在霞关站进入千代田区，在到达皇居护城河下后向东南转向，沿内堀大街铺设，与皇居外墙保持平行，不进入皇居境内；随后于银座站进入中央区，沿晴海大街继续向东南铺设，随后在筑地四丁目向东北进行九十度转向，沿新大桥大街铺设，随后在人形町附近转向，沿人形町大街向西北铺设，下穿神田川（河），在秋叶原站再次进入千代田区，并向北偏转，沿首都1号高速（上野线）铺设，在三之轮站进入台东区，并向东北转向，在南迁住站进入荒川区，并下穿隅田川（河），随后进入足利区，到达终点站北千住站，并随后向北接入东武伊势崎线。

2019年，东京地下铁日比谷线日均客运量达229.5万人次，年客运总量达8.38亿人次。

13000系列车为东京地下铁日比谷线的运营列车之一，于2016年被首次生产，为铝制结构。13000系列车为7节编组，共计16列，112节车厢。其每节车厢长20米，宽2.83米，高3.972米，最多可容纳1035人。

03系列车原为东京地下铁日比谷线的运营列车之一，于2020年2月28日退役，于1988年被首次生产，为铝制结构。03系列车为8节编组，共计23列，184节车厢。其每节车厢长18米，宽2.83米，高3.990米，最多可容纳1066人。

东京地下铁日比谷线全线采用CS-ATC系统运行列车，实现列车半自动化运行；日比谷线与其他东京地下铁线路共用东京地下铁总指挥中心。

东京地下铁日比谷线设2座车辆段，分别为千住车辆段、竹冢车辆段。

东京地下铁日比谷线由于处于日比谷地区而得名；其标志由外侧为银色的空心圆和黑体英文字母H组成。其中，银色的外圈表示了线路的标志色，黑体英文字母H是东京地下铁日比谷线英文名称“Hibiya Line”的首字母。