仙山线（日语：仙山線／せんざんせん */?）是一条连结宫城县仙台市青叶区的仙台站与山形县山形市的羽前千岁站，属于东日本旅客铁道（JR东日本）的铁路线（干线）。
作为运行系统也包括奥羽本线的羽前千岁站至山形站。
其路线名称源自营运上的起讫点、县厅所在地“仙”台与“山”形两地之地名字首。全长58.0公里（仙台～羽前千岁间）的仙山线虽然只通行至羽前千岁，但在实际运作上，是与奥羽本线共用羽前千岁与山形市的主车站、山形车站间的路段。这段区间内有非常多的平行路线，但由于主要的山形新干线/山形线是采1,435毫米标准轨设计，因此特别铺设独立的1,067毫米轨距路线给仙山线使用，除此之外，在北山形～山形间的路段，则是与左泽线共用。
仙山线全线皆为单线配置，因此在大部分的车站都设置有复数以上的路轨以便利列车交会，行控中心设于仙台（仙台输送指令室）。此线使用20,000伏特、50赫兹的交流电，于1955年在部分路段试用，1957年全线启用，为日本最早的交流电铁路。
此线是日本第一条以交流电营运的路线（详情参见“#交流电发祥地”一节）。
起点的仙台站可转乘东北新干线与东北本线，终点的羽前千岁站可转乘奥羽本线。所有列车都停途经羽前千岁直通至奥羽本线的山形站，因此作为运行系统的仙山线会包括奥羽本线羽前千岁站－山形站之间一段。同一路段还有轨间不同的的山形新干线／山形线（轨距1,435毫米）的独立单线，为仙山线的铺设打下基础，北山形站－山形站之间与左泽线列车共用。
全线位于仙台市内与山形市内，只有与东北本线的分岔部分通过仙台市宫城野区，奥新川站－仙山隧道之间部分通过太白区，但都没有设置车站、信号场等设施，车站全部位于仙台市青叶区内与山形市内。中途没有通过其他市町村直接彼此连结县厅所在地，而且完全只铺设在两座城市之间的JR路线就只有仙山线一条。
2003年（平成15年）起，连结仙台市都心部（日语：仙台市都心部）与爱子副都心（日语：愛子副都心）的仙台站－爱子站间成为IC卡乘车券“Suica”的仙台地域。2014年（平成26年）4月1日起全线纳入大都市近郊区间新设的“仙台近郊区间”，作并站、山寺站可以使用IC卡乘车券“Suica”。
全线由仙台支社（日语：東日本旅客鉄道仙台支社）管辖。
