纵贯线起于基隆，迄于高雄，全线贯穿整个台湾西部走廊，不但将西部的各主要城镇全部联系於一体，并促成了台湾第一次的空间革命。第二次则是1978年全线通车，基隆至凤山的中山高速公路。第三次是2007年通车，台北至左营的台湾高铁。纵贯线的兴建，始於清领时代末期，时任台湾巡抚刘铭传的规划，当时已经完成基隆至台南的选线规划，但不久之後刘铭传即遭去职，使得当时只完成基隆至新竹的路段。1896年，日本开始统治台湾之後，立即将纵贯铁路的兴建列为首要的施政计画。日人新线与清代旧线有九成以上的大幅度修正，外加由南部地方开始新建的的路段，终於在1908年於中部接轨，全线通车营运。为此，台湾总督府在同年10月24日，於台中公园举行“纵贯铁道全通式。

早期兴建的纵贯线是从基隆、台北经由苗栗、台中到达台南、高雄（今高雄港站），不过因为苗栗至台中间大部分的路段皆穿越山区，火车在此路段无法以一般的速度行驶；而在日本於台湾的统治逐渐稳定、岛内经济逐渐发达後，此现象严重影响到南北的货运运输，之後更於1917年发生了“滞货事件。台湾总督府为了解决由此带来的交通瓶颈，决定在竹南到彰化间沿著台中港等中部沿海地带新筑一条平行的新线，称为“海线”（正式名称为“海岸线“），并将海线的尾端分别连接至台中和彰化（其中连接至台中的路线，即是今日的成追线）；而原来的竹南经台中到彰化的路段则称为“山线”（后来定名为“台中线”）。海线於1920年全线通车之後，竹南以北到彰化以南的累计里程也一度经由海线计算。

1946年，因整体经济与对外贸易快速发展，但是在台铁当时的设施不足以应付日益成长的客货运量之下，纵贯于1970年代开始进行全线的电气化工程，并於1979年7月1日全部完工。

1998年9月24日台中线的改线与全线双轨化工程（新山线）完工且全线通车。配合新山线的启用，台铁改以山线作为营业里程计算基准，减少了彰化以南各车站的营业里程数字并以其作为票价计算基准。

与“山线”相同，台湾铁路管理局内部部分官方资料亦无海岸线或海线名称，而诸如年度统计年报内，海线营业里程资讯亦纳入纵贯线。

在现今台铁的路线编制中，北段、海岸线、南段为正式的纵贯线，山线则另称为台中线。但事实上台中线客运量远大於海岸线，且目前竹南站以北到彰化站以南的计费里程累计也是经由台中线（但业务上仍然沿用经海线的营业里程）。

另外，山线因为经过多次改线，目前已全线双轨（海线还尚未全面双轨化），且里程也比海线短，比经由海线还要快速。

纵贯线在启用之後，即成为台湾南北交通联系的大动脉之一，在中山高速公路於1970年代启用之前，纵贯线更是台湾西部各城市间最重要的运输路线。但在高速公路网络以及高铁陆续完成，原为服务重心的中长程运输功能受到冲击之下，纵贯线已逐渐转型为通勤铁路，转而服务西部各大都会区内的城际交通为主。未来纵贯线将配合台铁的捷运化计画，与东、西部干线统筹为北部、中部、南部三大营运区段，以强化台湾西部各大都会区的交通联系。