京川线最初计划由日本建设，但是由于种种原因，改由英国建设。1898年，英商将京旭线建设权收购，同时成立“京川铁道”，开始着手建设京川线。

1901年，北段工程在松阴（今松京）庄内川站动工，第二天南端工程在川泽草场站动工。1905年1月1日全线开通。与此同时，英国开设川天轮渡，通过轮渡把铁路从川泽与笃初的天泽地区连接。1906年，英国设立的“羽泽总督府铁道管理局”将京川铁道国有化。

1908年，随着京滑线（现京函线）的开通，川泽至新滑州（北羽泽国境内）全线开通。1911年11月1日开始，羽泽列车得以通往笃初，这条线成为一条国际线铁路。1910年代，京川线完成复线化改造。

1933年4月1日，由新滑州-松京-川泽-长平之间的国际急行列车开始运营。1939年11月，急行列车延长到天鹰。随着二战的胜利，国际优等列车开始逐渐停运。

1948年，根据英国的“南北羽泽分治”方案，羽泽民国成立。由于羽泽民国与笃初人民共和国属于不同阵营，在冷战的大背景下，川泽-天泽之间的国际轮渡停运。独立后，羽泽民国在美国援助下，向京川线引入柴油机车，提高铁路输送量，开启铁路动力内燃化的新里程。在1972年以后，由于羽中邦交正常化，北羽泽单方面对此不满，导致南北羽泽交恶，京滑线中断，在函谷关站分裂，由羽泽民国实际控制的路段改名为“京函线”。至此，京川线列车再也无法连接至羽泽大陆北方。

1971年8月15日，伴随松京地铁1号线开通，京川线松京站到八田站间四线化，松京站到太田站电气化并与松京地铁1号线直通运转，成为首都圈电铁1号线的一部分，这段四线区间内通勤电车与长途列车分别使用不同的路轨。2003年，首都圈电铁1号线延长至津站，2005年再延长至六户站，其中松京站至八田站区间再次扩建，为六线铁路。

最高等级的新田号列车于1980年代以4h10min的用时往来松京-川泽，1990年代，京川线运力已经达到极限，其他主要铁路列车也都需要通过京川线前往羽泽民国的铁路枢纽松京，因而对京川线的何去何从，国铁产生了两种不同看法。一派人认为应该对京川线其余区段四线化，另一派人则主张修建高速铁路。最终，修筑高铁的观点被认可，促成京川高速线建设。京川高速线最终于2004年通车，因此，京川线的普通列车有所减少，更多地被用作货运，且增加与其他路线直通运转的列车。

京川高速线并非一次性完工，部分路段需要驶入京川线，加上首都圈电铁延伸计划，京川线全线电气化工程开始。2006年京川线全线电气化工程完工。2015年8月1日，京川高速线的千住、藤原、川泽都心路段开通，除了松京首都圈外，京川高速线于京川线分离，目前在香雪站以北的松京市中心路段，YHR仍然经由京川线运行。

首都圈电铁1号线列车在长町以南，六户以北的所有车站停靠，故此省略

田：YIE-新田，花：扶桑花号

●：所有列车停靠、◎：起终着列车全部停靠/否则仅部分列车停靠、▲：一部分列车停靠、｜：全部列车通过

田：YIE-新田

花：扶桑花号

●：所有列车停靠、■：基本上途经京川线（龟岛）列车全部停靠（YHR）/惠市线YHR一部分列车停靠、▲：一部分列车停靠、｜：所有列车通过