營業主體：東日本旅客鐵道（JR東日本）
建設主體：日本鐵道建設公團
路段：大宮站－新潟站間
路線距離（實際距離）：269.5公里（營業距離為303.6公里）
站數：10個（包括起終點站及上越新幹線單獨站2個）
複線路段：全線
電氣化路段：全線（交流電25,000V、50Hz）
運轉指令所：JR東日本新幹線運行本部 綜合指令室
路線結構組合 路基 1%、橋梁 11%、高架橋 49%、隧道 39%[1]
最高速度：240公里/小時
支線（正式為上越線一部分）
路段：越後湯澤站－Gala湯澤站間
路線距離（實際距離、營業距離）：1.8公里（兩距離相同）
軌距：1435毫米
站數：2（包括起終點站）
複線路段：全線
電氣化路段：全線（交流25,000V、50Hz）
保安方式：ATC（DS-ATC）
運轉指令所：JR東日本新幹線運行本部 綜合指令室
列車運行管理系統：新幹線綜合系統（COSMOS）
上越新幹線的名稱是從原有並行的在來線「上越線」而來，而「上越」兩字的由來則是由群馬縣與新潟縣的古令制國名稱ーー上野國、越後國所組成。雖然上越新幹線的正式編制路線為大宮至新潟，東京至大宮之間的直通路線屬於東北新幹線，但是一般均將東京至新潟的新幹線路線統稱為上越新幹線。
上越新幹線於1982年11月15日開始營運大宮至新潟的區間。在原本的計畫中，上越新幹線的起點為新宿，因而在新宿附近預留了地下隧道的空間，不過目前大宮至新宿的路線在完成基本計畫之後突然被叫停了，原地基目前部分移交給埼京線使用；將來若北陸新幹線與北海道新幹線完工之後，東京至大宮之間的路線勢必會過於擁擠，往後可能會重新思考路線延伸的可能性。
越後湯澤車站至GALA湯澤車站之間的支線僅在冬季營運，票務上則作為「在來線區間」計算。
在越後湯澤車站以南的路線，列車營運時速為240公里，而在越後湯澤以北最高時速僅為210公里。此外，由於在開鑿中山隧道時，隧道內湧水異常嚴重，使得路線最後較預定的路線彎了一個大彎，因此在隧道內的時速僅為160公里。
1971年，上越新幹線與東北新幹線、成田新幹線同時開始施工，當初預定在五至六年內即可完工通車，但因石油危機造成經費大幅上揚，以及大清水隧道施工時的火災、中山隧道挖掘時的路線修改，造成施工期延後許多，最後在1982年11月15日開始營運。
2004年10月23日發生的新潟縣中越地震，造成新潟縣內4列新幹線列車受到損害，由於停電等各種原因而卡在軌道上動彈不得。其中，由東京出發，開往新潟的朱鷺325號200系列車當時正以時速200公里的速度，行駛至長岡車站前5公里之處，因地震的影響，10節車廂中有8節出軌，這也是自1964年10月1日東海道新幹線正式營業以來，第一次發生新幹線列車出軌的意外。
這次的地震也造成了越後湯澤至長岡之間的隧道、路線設備等的損壞，因此越後湯澤至新潟之間無法運轉。地震發生之後隨即進行了強度修補工程，包括隧道、高架等橋梁等，最後全線於2004年12月28日恢復通車，但是由於安全考量，在越後湯澤至燕三條之間為慢行區間，並另外編制了特別時刻表，東京至新潟的列車行車時間約有15分鐘的差距，而在2005年3月1日之後回復為正常時刻表。
1980年11月5日：新潟車輛基地至長岡站之間開始試車。
1982年4月20日：在埼玉縣北足立郡伊奈町進行鋪軌完成儀式。
1985年3月14日：上野站開始營運。
1987年4月1日：國鐵分割民營化，由JR東日本繼承本路線。
1988年3月13日：部分朝日號列車以240km/h營運。
1990年12月20日：Gala湯澤車站開始營運。
1991年6月20日：東京站開始營運。
2004年：
2005年3月1日：恢復正常時刻表。
2012年9月28日：E1系Max列車停止定期營運，並於10月28日開出最後一班「再見E1系朱鷺號」列車，正式結束營運。
2013年1月26日：E2系4編組投入上越新幹線運營。
2013年3月16日：200系停止定期營運，並於4月14日開出最後一班「再見200系號」列車，正式結束營運。
2019年3月16日：E7系開始在本線載客，預定於三年內取代E4系。
2019年10月12日至13日強烈颱風哈吉貝侵襲日本本州期間，長野新幹線車輛中心被千曲川因大雨氾濫的洪水淹沒，而車輛中心內的E7型8列及W7型2列共10列新幹線列車亦 因淹水受損。受損車輛數量占北陸新幹線全部車輛的三分之一。受此影響，10月23日起，原配屬於新潟車輛中心的六列E7系有四列（F20、F23~F25編組）被調往北陸新幹線使用，新造列車亦優先投入該線，原預定於2020年退役的E4系則延後至2021年10月退役。