Die 37,3 km lange Strecke ist in Kapspur (1067 mm) verlegt, mit 1500 V Gleichspannung elektrifiziert und teilweise zweigleisig ausgebaut. Lediglich eingleisig ist der Abschnitt zwischen Kita-Nagano und Kurohime. Es werden acht Bahnhöfe bedient, die zulässige Höchstgeschwindigkeit beträgt 85 km/h.[1]
Nahverkehrszüge fahren ab Nagano tagsüber ungefähr alle 40 Minuten, während der Hauptverkehrszeit alle 20 Minuten. Ungefähr die Hälfte von ihnen befahren nicht die ganze Strecke, sondern wenden in Toyono. Hinzu kommt ein Eilzug je Richtung, der mehrere Zwischenbahnhöfe überspringt. Eine kleine Anzahl der Züge wird in Nagano via Shinonoi-Linie zur Shinano-Linie in Richtung Karuizawadurchgebunden, für die meisten ist Nagano jedoch die Endstation.[2] Nach einem besonderen Fahrplan fährt an Wochenenden und Feiertagen der Rokumon, ein reservierungspflichtiger und besonders komfortabel ausgestatteter Ausflugszug mit Speisewagen, der auf die Bedürfnisse von Touristen ausgerichtet ist.[3]
Die Strecke wird weiterhin auch für den Schienengüterverkehr genutzt. Täglich verkehren zwei Güterzüge von JR Freight von Nagano her zum Güterbahnhof Kita-Nagano.[4] Als Alternativroute bei Störungen wird auch der Abschnitt zwischen Kita-Nagano und Myōkō-Kōgen freigehalten. Zu diesem Zweck erhält die Shinano Tetsudō Subventionen von der Regierung.
Erbaut wurde die Strecke von der staatlichen Eisenbahnbehörde, die am 1. Mai 1888 den von Sekiyama nach Nagano führenden Abschnitt der Shin’etsu-Hauptlinie eröffnete.[5] Die Elektrifizierung erfolgte am 24. August 1966 durch die Japanische Staatsbahn. Der Doppelspurausbau war am 28. September 1973 zwischen Nagano und Kita-Nagano abgeschlossen, am 17. September 1980 auch zwischen Kurohime und Myōkō-Kōgen.[6] Hingegen blieb der Abschnitt Kita-Nagano–Kurohime bis heute eingleisig. Im Rahmen der Staatsbahnprivatisierung ging die Strecke am 1. August 1987 in den Besitz der neuen Gesellschaft JR East über.[7]
Unter der Federführung der Präfektur Nagano bildete sich im Mai 2006 eine Kommission, die über die Zukunft des Abschnitts von Nagano bis zur Präfekturgrenze beriet. JR East hatte früh signalisiert, dass es diesen Teil der Strecke abstoßen wolle. Grund dafür war der voranschreitende Bau der Verlängerung der SchnellfahrstreckeHokuriku-Shinkansen von Nagano nach Kanazawa. Die Shinano Tetsudō, die bereits seit 1997 für den Regionalverkehr zwischen Nagano und Karuizawa zuständig ist, erklärte sich im April 2012 dazu bereit, auch diesen Teil der Shin’etsu-Hauptlinie von JR East zu übernehmen.[8] Die Übergabe erfolgte am 14. März 2015, am selben Tag wie die Inbetriebnahme der Shinkansen-Verlängerung.[9]