もともとは首都圏の外環を通る貨物線として敷設された路線です。そのため比較的駅間距離が長く、地下区間も多くあります。現在ではフリークエント化された旅客線の様相を濃くしており、 京葉線 との直通列車も数多く設定されています。東北本線方面〜東海道本線方面を直通する臨時列車なども武蔵野線経由で運転されたりします。
　府中本町駅は 南武線 のホームからは微妙な距離を保って武蔵野線ホームがあります。西国分寺では中央線に接続。新秋津では西武池袋線秋津駅、北朝霞では東武東上線朝霞台駅と連絡します。武蔵浦和では埼京線の下をくぐる形でほぼ直交、南浦和では京浜東北線、東川口では埼玉高速鉄道、新松戸では常磐線に接続。新八柱では新京成電鉄八柱駅に連絡します。東松戸では北総鉄道、西船橋で総武線に接続します。西船橋から先は京葉線のデルタ線に入り、海浜幕張方面及び東京方面それぞれに列車が運転されています。