동해안을 따라 부설된 철도이며, 길이 145.8km이다.
1930년 7월 10일부산진방면에서 건설공사에 착수하여 1934년 7월 16일에 부산진∼해운대간 18.9km가 개통되었고, 1934년 12월 16일에는 해운대∼좌천간 22.3km가, 1935년 12월 16일에는 좌천∼울산간 31.8km가 개통되었다.
조선철도주식회사 소속 사설철도였던 울산∼경주간 41km의 경동선(慶東線, 1921년 10월 25일 개통)이 대구∼학산간 107km와 함께 매수되어 1935년 6월 광폭궤도 공사에 착수하여, 이듬해 12월 1일 준공하여 동해남부선으로 운행을 시작하였다. 이어 경주∼포항간도 광궤로 개축되어 동해남부선이 확정되었다.
노선은 모두 단선이며 복선화 공사가 진행 중이다. 중간 정차역은 모두 31개이다. 부산진역에서는 경부선과 연결되고, 범일역에서는 가야선, 부전역에서는 부전선, 경주역에서는 중앙선 등과 연결된다.
동해남부선의 부전역·울산역 구간은 광역철도로 지정되어 한국철도시설공단·부산광역시·울산광역시가 재정을 분담하여 부산과 울산이 대도시 교통체계 개선에 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있으며, 현재 건설중인 동해중부선 및 동해북부선과 연결되어 시베리아횡단철도(TSR)와 연결시키는 계획도 진행 중이다.
2015년 개통을 목표로 부전·울산간 복선전철화 공사가 진행 중이다. 총연장 65.7km에 22개역을 신설할 예정이다. 부산광역시 구간은 기존 노선 위에 고가로 건설될 예정이며, 해안철도 구간은 해운대의 장산을 관통하는 터널로 계획하였다.
동해남부선은 2008년에 219만 2,755명의 여객을 수송하였다. 동해남부선을 운행하는 여객열차는 일일 상하행선으로 모두 40회 운행한다. 화물수송량은 2008년에 36만 2,358톤을 수송하였다. 화물의 종류는 잡화가 30만 8,050톤이었고, KNR 3만 1,539톤, 비료 2만 2,769톤 등이다. 특히, 포항·울산·온산 등 중화학공업도시들을 연결하고 있어 비료·광석·자동차 등의 운송이 그 대부분을 차지하며 우리나라 최대의 임해공단을 끼고 있는 연안간선철도로서의 기능이 뚜렷하다.
이 철도는 포항 남쪽 효자에서 괴동선(槐東線)과, 경주에서 중앙선과, 울산에서 울산항선 및 장생포선과 연결된다. 또 남창에서는 온산선(溫山線)과, 부전에서는 부전선(釜田線)과 이어지며 부산진에서는 경부선과 우암선(牛巖線)에 접속된다. 해운대∼부산과 경주∼울산 둥이 빈번한 편이다.
동해남부선은 2016년 12월 30일 동해선에 편입되었고, 이와 동시에 동해선 일부 구간(부전역~일광역)이 복선전철 영업을 개시하였다.