上海轨道交通10号线是上海地铁运营中的线路之一，其线路标志色为 PANTONE 264C（C=25 M=34 Y=0 K=0）。线路自西向东北横穿上海市市区，连接虹桥综合交通枢纽、南京东路商业中心、四川北路商业中心、豫园商城商业中心、五角场商业中心等重要交通枢纽和商业中心，全线约2/3位于上海市中心，被称为“黄金线路”。为中国内地第一条高密度大客流量全自动地铁线路，具备无人值守的无人驾驶功能。
线路总长46.301km，设站37座，其中已经投入运营的一期工程共设31站，长36.221km；在建的二期工程共设6站，长10.08km。一期由主线和支线组成，途经闵行、长宁、徐汇、黄浦、静安、虹口和杨浦7个行政区。主线起于闵行区虹桥火车站站，经虹桥机场、虹桥路、淮海西路、复兴中路、复兴东路、河南路、武进路、四平路、淞沪路，止于杨浦区新江湾城站；支线起于闵行区航中路站，沿吴中路、虹井路、虹桥路，与主线在长宁区龙溪路站汇合。线路全长36.221公里，其中主线长31.254公里，支线长4.967公里，全线均为地下线。沿线共设置地下车站31座（其中主线28座、支线3座），主变电所2座，牵引变电所13座，停车场1处，主控制中心1座，主控制中心的信息楼与吴中路停车场的停车库合设，工程总投资237.84亿元。
一期主线龙溪路站以东及支线部分于2010年4月10日先期开通试运营，主线龙溪路站以西于2010年11月30日开通。
10号线二期起于一期已建成的新江湾城站，沿淞沪路跨黄浦江后经过港城路，止于浦东区基隆路站，长10.08公里，其中地下线3.383公里，过渡段0.337公里，高架段6.36公里，共设6站。在港城路北侧、江东路东侧新设与6号线共用的停车场1座，在港城路停车场内设1座主变电所，工程总投资73.85亿元。
二期工程已于2015年1月8日开工，预计2020年底开通试运营。
在2000年公布的由法国工程咨询集团赛思达编制的《上海市大运量快速有轨交通系统规划》中，10号线作为11条地铁（M线）7条轻轨（L线）3条郊区（R线）轨道中的1条，首次纳入到上海轨道交通的规划网络中，当时的系统代号为M1。线路随后被纳入到上海城市总体规划（1999-2020）和2002年发布的《上海市城市交通白皮书》中:256-259。
2005年5月11日10号线一期工程由上海轨道交通10号线发展有限公司向上海市城乡建设和管理委员会报建，12月30日10号线1标工程殷高路车站第一幅地下墙槽壁钢筋笼起吊标志着10号线正式开工建造。2009年2月6日，车站名称正式确定，包括淡水路与古北路等站改名为新天地与伊犁路站。
2009年9月13日，10号线首列列车抵达上海，14日停放列车的吴中路停车场建成，建成时为上海最大轨交停车场。2010年4月10日10号线一期正式投入试运营，试运营区段为新江湾城至航中路，实行非高峰09:00-16:00运营。随后在同年的7月3日和11月30日，10号线一期先后实现了运营时间延长至5:30-19:30覆盖早晚高峰，主线虹桥火车站—上海动物园开通试运营并全日开行“Y”型交路。2017年12月30日虹桥2号航站楼站中央的共用站台启用。
2012年5月4日，10号线二期工程选线专项规划在上海规划局网站上公示。2013年4月10日和12月20日，二期工程环境影响评价公示向后进行了两次公示。经2014年3月7日环境影响评价报批前公示后，6月12日上海市环境保护局批复了二期工程环境影响报告书。随后于7月16日二期工程可行性研究报告也获得批复。二期工程已于2015年1月8日开工，2017年10月25日实现地下区间贯通2019年12月3日，10号线二期工程正式进入动车调试阶段。。
10号线列车采用A型车6节编组，设计时速80 km/h，为VVVF交流传动，设计寿命30年，国产化率超过70%。
10A01型电动客车，原名为AC13型电客车，车身两边各有一条淡紫色饰带。该批所有列车都设有连续式闪灯路线图，车厢连接处不设LED显示屏。车头加设红色LED显示屏显示终到站。根据阿尔斯通联合体与申通地铁的采购合同，共计41列246节列车中，2009年3月底前交付了首列列车，2009年11月交付了18列车，2010年3月最少交付26列车，其中世博会期间投运了24列。
为满足10号线增能和二期工程投入运营的需要，申通地铁与南京浦镇签署协议增购26列（156辆）新车，该车型外观与10A01型大致相同，但取消了车头右侧逃生门上的玻璃窗。同时在可靠性、安全性、零部件寿命、客室空调温度控制、车辆与信号无人驾驶技术接口、在线监测技术等方面有所优化，该批列车设有LCD屏幕路线图。
10号线共设有13座换乘车站，具体如下：
此章节的时间以东八区时间（UTC+8）为准。
10号线目前开行三种运行交路，其中包含“虹桥火车站站—新江湾城站”、“航中路站—新江湾城站”两种大交路和“虹桥火车站站—江湾体育场站”一种小交路。小交路原为早高峰开行，2017年9月25日起，三种交路均覆盖至全运营时段。2017年4月28日起10号线与1、2、7、8、9号线一起开始在周五、周六和“五一”、“十一”及元旦节前最后一个工作日延时运营。
2017年3月和9月，上海地铁先后对10号线高峰时段和非高峰时段的行车间隔进行了调整，小幅提升了运载能力。
2017年9月25日起，为方便虹桥枢纽旅客夜间疏散，10号线虹桥火车站在周日至周四于常态末班车（22：30）后以15分钟行车间隔开行2班定点加班车。
10号线施工期间曾发生过多起较大的事故。2007年4月20日宋园路站工地吊车倒塌，砸坏虹桥路五层楼房，导致20户居民受影响。2008年6月25日溧阳路-曲阳路区间隧道下行线盾构在推进中在洞圈翻板发生渗水漏砂，附近地面出现局部沉降，7月21日陕西南路南昌路路口在盾构在推进中地面出现一个直径1.8米、深约6米的陷洞。2009年5月18日同济大学站工地突发火灾，过火面积达100平方米，并烧毁了十余间工人宿舍。2010年1月6日宋园路站一辆吊车作业时突然失控，造成塔吊上一段约5米长的直达电梯坠压在两辆工地用车车顶。
2011年7月28日晚，10号线一辆列车从龙溪路站发出后，本应发往航中路站，但是当时却发往了虹桥火车站站，后改发至上海动物园站，去往航中路站的乘客因此就地下车换乘。上海地铁方面称“信号调试故障”所致。
2011年9月27日，10号线发生上海地铁史上最严重事故。14时10分，新天地站设备故障，交通大学至南京东路上下行采用电话闭塞方式，列车限速运行。14时51分，豫园至老西门下行区间内1005号列车与1016号列车发生追尾事故，共295人前往医院治疗。事故造成虹桥路站至天潼路站9站路段封站，其余两端采取小交路方式保持运营。9月28日首班车至20时，10号线伊犁路站至四川北路站停运。10月6日，公布最终调查结果，12名相关责任人被处分。
