武蔵野線（むさしのせん）は、神奈川県横浜市鶴見区の鶴見駅から千葉県船橋市の西船橋駅までを結ぶ東日本旅客鉄道（JR東日本）の鉄道路線（幹線）である。
但し定期的に旅客営業を行っているのは東京都府中市の府中本町駅から千葉県船橋市の西船橋駅までである。
区間列車と平日の10往復、土休日の5.5往復を除く全列車が京葉線へ直通運転しており、同線の一部として一体的な運行形態を採っている（詳細な運行形態については運行形態の項を参照）。全線で東日本旅客鉄道が第一種鉄道事業者、日本貨物鉄道が第二種鉄道事業者である。なお、当線は全線にわたって電車特定区間に指定されている。
当路線は当初山手貨物線の代替のための貨物専用線として計画され（詳細は後述）、開業後暫くは貨物列車中心に運行されていた。しかし旅客営業を行う府中本町駅～西船橋駅間については、現在では旅客列車の方が多く運行されている。また、東北本線や常磐線から東京ディズニーリゾート最寄りの舞浜駅や東京駅へ向かう臨時列車や快速列車も両線を経由する。
なお現在でも鶴見駅（実質的には新鶴見信号場）～府中本町駅間（通称：武蔵野南線）は、大船・鎌倉方面へ向かう臨時列車などを除き原則として貨物専用である。武蔵野南線は、交差する各線の既設駅の近くを通過しているが、旅客化には至っていない。なお、川崎市内の並行するルートに川崎縦貫高速鉄道線（通称：川崎地下鉄）が計画されている。
都市部とは離れた所を走り、首都圏の外郭環状線としての役割を果たしている路線で、埼玉県内では数少ない県内を横断する路線でもある。沿線にはベッドタウンが多いため、武蔵野線単独での利用よりは、それらのベッドタウンと都内に向かう路線を組み合わせての利用が多い。特に中央線西国分寺駅～西武池袋線秋津駅（新秋津駅）～東武東上線朝霞台駅（北朝霞駅）～埼京線・武蔵浦和駅～京浜東北線南浦和駅～東武伊勢崎線新越谷駅（南越谷駅）～つくばエクスプレス南流山駅～常磐線新松戸駅～総武線西船橋駅の各駅間でこの傾向が顕著である。このため区間毎の乗客の変動が大きく、他線との乗り換え駅である西国分寺駅・新秋津駅・北朝霞駅・武蔵浦和駅・南浦和駅・新松戸駅・西船橋駅などでは、大半の乗客が入れ替わる。
武蔵野線は元々、山手貨物線の代替のための「東京外環貨物線」（貨物専用線）として計画され、1927年の鉄道敷設法に取り入れられていたが、第二次世界大戦等もあり一旦、計画は凍結された。戦後になり山手貨物線での貨物列車本数の増加等もあり1964年、日本鉄道建設公団（鉄建公団）によって工事が着工された。1967年に新宿駅で貨物列車（米軍燃料輸送列車）の転覆炎上事故が発生した際、新宿や渋谷など繁華街を在日アメリカ軍（米空軍）向けのジェット燃料を積んだタンク列車が大量に運行していることが知れ渡り、問題となった。このような危険な貨物列車が都心部を通過することは好ましくないことから、都心からかなり離れた場所に貨物線として東京外環状線を建設することとなった。計画当時はほぼ全線に渡って田園が広がるだけであったが、沿線の急速な開発に伴い、貨物列車の専用線では住民の理解を得られないことから、急遽旅客営業を行うように計画が変更された経緯も持っている。
この様な経緯から、当初は貨物列車の合間の住民への見返り運転という感じが色濃く、昼間は40分間隔、ラッシュ時でも15分間隔での運転であった。だが1970年代後半に移ると貨物列車は拠点間集中輸送に重点を置くようになり、また貨物列車自体の削減からダイヤに余裕が生まれたことや沿線人口の伸びが激しいことから、次第に旅客列車本数も増え旅客主体の路線へと生まれ変わっていった。
1988年12月の京葉線第2期区間（南船橋～新木場）間の開業から武蔵野線と京葉線の一部の列車の直通運転が始まった。
また開業時には合理化の一環として乗り換え駅を除く多くの駅で自動改札機が導入されたが、誤動作や故障が多発した。
武蔵野線 駅一覧
府中本町駅
北府中駅
西国分寺駅
新小平駅
新秋津駅
東所沢駅
新座駅
北朝霞駅
西浦和駅
武蔵浦和駅
南浦和駅
東浦和駅
東川口駅
南越谷駅
越谷レイクタウン駅
吉川駅
新三郷駅
三郷駅
南流山駅
新松戸駅
新八柱駅
東松戸駅
市川大野駅
船橋法典駅
西船橋駅