松本站出站跨越国道19号后与篠之井线分离，左转与国道147号并行，后横跨梓川进入安昙野，再右转到达松本盆地北上，西侧是飞驒山脉，周边是安昙野的水田。信浓常盘站后右转抵达信浓大町站。

信浓大町站出站后左转穿过城市与国道148号并行，沿仁科三湖穿过分水岭佐野坂峠。进入白马盆地后沿姬川北上最终抵达糸鱼川站。

概述

松本站~信浓大町站原为信浓铁道（与运营北信浓线和信浓铁道线的信浓铁道不同）营业区间，而信浓大町站~糸鱼川站作为国家铁路进行修建。1935年信浓大町站~中土站和糸鱼川站~小泷站开业，1957年松本站~糸鱼川站全线贯通。江户时代整备的千国街道在大町和安昙追分之间有池田大道和松川大道两条路线，但是信浓铁道是沿着松川大道建设的。

“大糸线”是信浓铁道取信浓大町的“大”和糸鱼川的“糸”而命名的，而大糸线的平片假名为“おおいとせん”，是日本为数不多的通过训读两个汉字来命名的铁路线（国铁木原线和米坂线亦是如此）。

年表

1915年1月6日，信浓铁道松本市站（今：北松本站）~丰科站开业。4月5日，信浓铁道北松本站~南松本站开业。6月1日，信浓铁道丰科站~柏矢町站开业。7月15日，信浓铁道柏矢町站~穗高站开业。8月8日，信浓铁道穗高站~有明站开业。9月29日，信浓铁道有明站~信浓松川站开业。11月2日，信浓铁道信浓松川站~信浓大町站（一代）开业。

1916年7月5日，信浓铁道佛崎站~信浓大町站（二代）开业，一代信浓大町站改为佛崎站。

1926年1月8日，信浓铁道松本站~信浓大町站电气化。

1929年9月25日，大糸南线信浓大町站~簗场站开业。

1930年10月25日，大糸南线簗场站~神城站开业。

1932年11月20日，大糸南线神城站~信浓森上站开业。

1934年11月14日，大糸北线糸鱼川站~根知站开业。

1935年11月29日，大糸南线信浓森上站~中土站开业。12月24日，大糸北线根知站~小泷站开业。

1937年6月1日，信浓铁道被国有化，线路被编入大糸南线。

1938年1月3日，小泷站出发的列车因雪崩被困，被困期间再次遭遇雪崩，两节车厢被埋，乘客在小泷站避难。

1939年4月21日，山体滑坡造成信浓森上站~南小谷站线路中断。

1940年11月1日，线路再开。

1952年7月1日，南小谷站~中土站筑堤崩塌，10月1日，线路再开。

1957年8月15日，大糸南线小泷站~中土站开业，线路合并更名为“大糸线”。

1967年12月20日，信浓森上站~南小谷站电气化。

1987年4月1日，国铁分割民营化，东日本旅客铁道和西日本旅客铁道接手。

1993年3月18日，糸鱼川站~南小谷站单人运营。

1995年7月11日，日本7·11洪灾造成线路白马站~根知站中断。

1997年11月29日，全线重开。

1999年3月29日，松本站~南小谷站单人运营。

2006年1月14日~3月14日，因为雪崩预警南小谷站~糸鱼川站中断。

2012年2月1日~4月6日，因为雪崩预警南小谷站~糸鱼川站中断。

2013年6月21日，平岩站~小泷站间的姬川护坡崩塌，线路中断。8月15日，线路再开。

2014年11月22日，11·22日本长野地震事件，信浓大町站~糸鱼川站运营中断。11月24日，平岩站~糸鱼川站再开。11月25日，信浓大町站~白马站再开。11月26日，南小谷站~平岩站再开。12月7日，白马站~南小谷站再开，全线再开。

2019年2月7日，新潟县、长野县和JR西日本成立“大糸线活化委员会”。

松本站~南小谷站

标记 ●：停车

标记｜：通过

标记 ↑：箭头方向运行时通过

标记 ▲：部分列车停车

南小谷站~糸鱼川站

电力列车

211系——JR东日本长野车辆中心

E127系100型——JR东日本松本车辆中心

E353系——JR东日本松本车辆中心

383系——JR东海神领车辆段

内燃列车

HB-E300型——JR东日本长野车辆中心

キハ120型——JR西日本金泽车辆中心

电力机车头

EF64型

除雪用列车

ENR-1000型

キヤ143型——JR西日本金泽车辆中心

松本站~南小谷站

优等列车有来自新宿方向的定期或者临时特急列车“梓”号列车，以及名古屋方向开来的临时特急列车“信浓”，直通白马车站或者南小谷站。另外，此区间亦有与以前的急行“阿尔卑斯”号运行时刻相同的临时快速列车“月光信州”号。

普通列车运行班数为松本站~信浓大町站间大约毎小时1班、信浓大町站~南小谷站间则为1~3小时1班。

南小谷站~糸鱼川站

此区间运行的定期列车均为普通列车，运行区间主要为南小谷站~糸鱼川站，早晚高峰时间也有平岩站~糸鱼川站间的区间车。南小谷站~糸鱼川站区间一般为1日7往复。另外、此区间的中间车站中除了夏季的平岩车站之外皆为无人车站。

2015年北陆新干线长野站~金泽站间区间开业后，并行在来线的北陆本线金泽站~直江津站间确定为与JR分开经营，但大糸线则仍为JR西日本经营，成为JR西日本在新潟县及长野县内的仅有的的在来线路线。