淡水线是一条由台湾总督府交通局铁道部（战后改制为台湾铁路管理局，简称台铁）经营的传统铁道支线，且为台湾第一条铁道支线，战后转由台湾铁路管理局经营。过去常被俗称为北淡线。线路自台北站分歧后逐渐北转，跨过基隆河后又逐渐转向西北，至关渡平原西端再向北转，最后大致沿淡水河右岸到达终点淡水站；另有一支线自北投站向东北分歧至新北投站，称为新北投线。全线（含新北投线）于1988年停止运营，改建为现今的台北捷运淡水信义线。
日本于1895年逐步进占台湾后，初期由于基隆港尚未整建，主要运输港口仍为淡水港。为了能够在沿淡水河经水路运达的方式外，更快速、大量地输送经海路运至淡水港的物资，又适逢当局准备全面整建清治时期兴建的铁路，于是整建后拆下来的旧铁轨，就移作铺设淡水线铁轨之用，于1900年开始动工，而淡水线之工程费比原本计划之经费少了许多，仅花费72万圆。淡水线亦能用来运输从淡水港进口的铁道建设材料及士林附近出产的石材。
1901年8月25日，淡水线通车，当时包括新落成的第二代台北站（当时称为“台北停车场”）在内，总共有8个车站启用；1902年2月1日，“大稻埕驿”新建完成，1903年开始成为淡水线的新起讫站；到了1915年，又新设了5个车站（其中“宫ノ下乘降场”是为了方便民众前往圆山上的台湾神社（今圆山大饭店址）参拜而特别设置的），1915年8月17日大稻埕驿改为货运站，起讫站改为同日设立的北门乘降场。北门乘降场只是“名义上”起讫站，于1923年3月16日废除，正式确立以台北为起讫站。
随着淡水河口泥沙淤积日益严重，已经不适合较大船只航行，加上基隆港整建完成后吞吐量大增，淡水港因此加速没落。所幸此时，客运已经成为淡水线的运输主力，自淡水线分歧，方便民众前往温泉休闲区的新北投线亦于1916年通车，且大屯山一带被划为大屯国立公园，附近的登山步道及风景名胜亦陆续建设；在当时道路运输不甚便利的情形下，淡水线仍然得以在最初运输目的转变后继续运营。
到了台湾光复后，有着日式站名的“大正街”与“宫ノ下”分别更名“长安”与“剑潭”，而后这两个招呼站均予废除；同时期又另外新设“王家庙”与“忠义”2站。自此以后，包括亦为台湾光复前新设的竹围站在内，淡水线维持全线11个车站，依旧继续运营。不过，随着道路运输的逐渐拓展，淡水线的客运上重要性与优势也跟着削弱—尤其是1966年，双向六线车道的北投～关渡直线快速公路（今大度路）扩建完工之后，伴随1970年代私人车辆的快速成长，加速了淡水线客运的衰落。
1970年代末提出的“台北捷运兴建计划”，将淡水线改建为捷运线路；该计划后来虽经过数度修正，但关于改建淡水线的部分并没有太大改变。另外还有直接将原线路高架化与电气化、改建四线道高速公路、布设公交专用道等方案。1986年，行政院经济建设委员会正式通过改建捷运计划，淡水线确定走向结束营业的命运。
1988年7月15日，淡水线最终日运营，大批民众前往搭乘，作最后的纪念。当晚23:20，最后一班往淡水的列车自台北车站第六站台发车后，87年的运营宣告结束；7月16日配合“淡水最后一班列车”活动再加开一班列车后，淡水线正式停驶，走入历史。之后几年平面轨道与场站逐步被拆除，并兴建高运量捷运系统；台北～淡水间的大众运输则暂由公路客运承接。1997年，已经改建完成的台北捷运淡水线通车，成为台湾第一条由传统铁路改建为捷运的线路，但此线不是每个车站都有加入并复站（如：王家庙站）。
1901年10月25日台湾日日新报发行的交通便览
1967年时刻表
1984年1月时刻表
1985年7月时刻表
1985年7月运行图
（包括1988年停驶前已废站者）
。1945年（民国34年；昭和20年）10月25日改为此名
