처음에는 서울의 성동역(城東驛)을 기점으로 청평-가평-강촌을 지나 북한강 상류를 따라 춘천까지의 총 연장 93.5㎞였으나, 지금은 서울의 광운대역을 기점으로 하여 춘천까지 총 연장 87.3㎞이다. 1936년 만철북조선철도회사가 청량리∼춘천 간을 부설하였으며, 1939년 7월 25일에 성동∼춘천 간의 사설철도로 개통되었다.
1946년 5월 10일 남한에 있는 사설철도 및 그 부대 사업 일체가 운수부에 흡수되면서 충북선(조치원∼충주) · 충남선(장항선) · 수려선 · 수인선 · 철암선(철암∼묵호) · 삼척선(북평∼삼척) 등과 함께 국유화되었다. 현재 수도권 전철과 연결되는 광운대역을 출발, 퇴계원-금곡리-마석-청평-가평-강촌-남춘천을 경유하여 춘천에서 종착한다.
광복 이후 각 지역개발과 지하자원의 개발을 위하여 횡단철도(영동 · 충북 · 경전선 등)가 경춘선을 중간 지점으로 건설되어 국토 개발의 균형을 이루었다. 특히, 한강을 낀 경춘선 연변의 대성리 · 청평 · 남이섬 · 강촌 · 춘천 등의 관광지에는 휴일과 주말을 이용한 교통 인구가 급격히 증가함으로써 경춘선의 여객 수송 기능도 활발해졌다.
경춘선은 2010년 12월 21일 복선 전철로 다시 개통되었다. 총사업비 2조 7,483억원이 투입된 대규모 국책사업으로 1999년 12월 착공하여 11년만에 개통하였다. 퇴계원∼금곡, 마석∼상천 구간 등 총 연장(81.3㎞)의 55%인 45㎞는 기존 철로를 활용했다. 상봉역에서 춘천역까지 79분 정도가 소요된다. 운행횟수 역시 기존 무궁화호의 일 38회에서 현재 일 137회로 대폭 증편되어 춘천에서 수도권으로의 출퇴근이 가능해졌다. 2012년 2월 28일 ‘ITX-청춘’을 운행하기 시작하였으며, 2013년 11월 4일부로 출퇴근 시간대에 맞춰 복선전철화된 광운대역까지 연장 운행 중이다.
경춘선 전철 개통으로 인해 수도권과 춘천 지역의 지리적 거리감이 상당 부분 해소되었고 관광산업 등 지역경제의 활성화에도 많은 영향을 끼치고 있다.