１９７３年４月の開業当初は、府中本町駅（東京都府中市）から埼玉県を横断し、新松戸駅（千葉県松戸市）までの営業だったが、７８年に西船橋駅（同船橋市）まで延伸した。８８年には京葉線と結ばれ、東京駅に直通する電車が誕生した。ＪＲ東日本は「東京メガループ」と銘打ち、武蔵野線の強化策に乗り出している。２０１０年１２月のダイヤ改定では東北本線の貨物線を使って大宮駅から武蔵野線に乗り入れる電車が登場、利便性を向上させている。

東京都府中市の府中本町駅から所沢市、さいたま市、吉川市などを経由して千葉県船橋市の西船橋駅を環状に結ぶ。１９７３年開業。老朽化が進み、３年前のＪＲ東日本の調査では「トイレが汚い」「バリアフリー施設が足りない」「ホームが吹きさらしで寒い」といった意見が出た。