山陽新幹線是東海道新幹線的延線。1972年3月15日，山陽新幹線新大阪站至岡山站間完工通車，1975年3月10日岡山站至博多站完工通車。相較於東海道新幹線，山陽新幹線的路線更適合高速行車，在姬路站以西，使用N700系、500系的希望號列車可以以時速300公里的最高時速運轉。不過在德山車站，因要經過市街，時速限制為170公里。[1]由於當初興建時為了減少彎道的數量，使路線儘量保持直線，因此山陽新幹線的隧道數量較東海道新幹線為多，因此也有人揶揄山陽新幹線為「地下鐵新幹線」。
由2011年3月12日開始九州新幹線亦從博多車站與山陽新幹線相連，因此山陽新幹線列車也將直接駛入九州新幹線的路線中。
1966年5月31日：新大阪站至岡山站的路線及車站被批准。
1967年3月16日：於赤穗市舉行新大阪至岡山段開工儀式。
1969年
6月18日：岡山站至博多站被批准建設。
12月4日：岡山站至博多站的路線及車站被批准。
1972年3月15日：新大阪站至岡山站路段完工通車，時速210公里。光號列車來往大阪至岡山需時58分鐘。
1975年3月10日：岡山站至博多站路段完工通車。三原至博多限速時速160公里，光號列車來往大阪至博多需時3小時44分鐘。
1980年10月1日：三原至博多之間的時速160公里限速解除，光號來往大阪至博多時間縮短至3小時28分鐘。
1985年3月14日：重整運營圖，光號來往大阪至博多時間縮短至3小時16分鐘。
1986年11月1日：全線提速至時速220公里，光號來往大阪至博多時間縮短至2小時59分鐘。
1989年3月11日：加入高級光號，時速230公里，光號來往大阪至博多時間縮短至2小時49分鐘。
1993年3月18日：希望號開始在山陽新幹線上營運，時速270公里，希望號來往大阪至博多時間縮短至2小時32分鐘。
1995年1月17日：因阪神淡路地震造成山陽新幹線全線無法行車，1月18日，未受損的姬路站至博多站間恢復通車。4月8日全線恢復通車。
1997年3月22日：希望號列車開始使用500系的車輛，並且達到時速300公里。希望號來往大阪至博多時間縮短至2小時17分鐘。
1999年3月13日：厚狹站開始營業。
2000年3月11日：光號鐵路之星列車開始營運。
2003年10月1日：小郡站改名為新山口站。
2008年11月30日：0系列車退出定期營運。
2017年
路線距離（實際距離）：553.7公里（營業距離為644.0公里）
新岩國站－德山站間段，車費、料金計算為途經岩德線的營業距離為622.3公里，車費計算距離為626.7公里。
距離標的設置以東京站為起點。
站數：19個（包括起終點站）
山陽新幹線單獨站4個（在來線連同其他公司管理的車站共6個）。此外，根據西日本旅客鐵道官方網站「用資料看見JR西日本」，不計算JR東海管理的新大阪站，共18個。
信號場數：1個
複線路段：全線
運行方式：ATC方式
保安裝置：ATC-NS
平時使用東京的指令所進行指令業務，一旦發生地震等災害時另設有位於大阪的第二指令所。
列車運行管理系統：新幹線運行管理系統（通稱 COMTRAC：Computer aided Traffic Control System）
路線結構組合：路盤 12%、橋梁 9%、高架橋 28%、隧道 50%
路線本身除新大阪站附近（JR東海關西支社管轄）外，全線由新幹線管理本部管轄。營業上新大阪站的邊界與管理上的邊界位於十三筋（大阪府道、兵庫縣道41號大阪伊丹線）的第二三津屋架道橋跨越的地點。此外九州內至九州新幹線與博多南線的分岔地點為止由JR西日本管理。
然而車站管理、營運，本州內為由並行在來線所管轄的支社管轄（不包括新幹線單獨站），九州內為由新幹線管理本部的下部組織福岡支社管轄。JR西日本的新幹線單獨車站，由以下支社負責管轄。
新岩國站：廣島支社、德山地域鐵道部
小倉站、博多站：新幹線管理本部、福岡支社
700系：服務希望號及部份光號、回聲號班次。
700系7000番台：擔任光號鐵道之星及回聲號班次之營運。
500系：初期服務和東海道新幹線直通運行的希望號班次，曾是世界上營運速度最高（300km/h）的鐵路列車，及日本速度最高（設計極速：350km/h）的鐵路列車。2007年起被N700系逐漸取代後，餘下的列車被縮短為8輛編組，並降速至285km/h，2008年12月1日起取代退役的0系擔任回聲號班次之營運。
N700系：服務於希望號及部份光號、回聲號班次。
N700系7000、8000番台：擔任瑞穗號、櫻號及部分光號、回聲號、燕號班次之營運。