山陽新幹線の拠点である新山口駅から山口市の中心部を通り中国山地西部を抜け、
島根県西端までの地域を南西から北東へ向かう陰陽連絡路線です。
沿線には湯田温泉や、「山陰の小京都」と呼ばれる津和野町などを控えています。
全線にわたって国道9号とほぼ並行している。
山口線で特筆されることは蒸気機関車牽引列車（SL列車）の運転である。
JRの前身・日本国有鉄道（国鉄）では1975年12月を最後に蒸気機関車の運転は終了していたが、
地元やファンの要望により1979年8月1日から蒸気機関車C57 1が牽引する「SLやまぐち号」の運転が開始されました。
この列車の成功を受けて、国鉄からJRを通じて蒸気機関車の復活運転が各地で行われるようになった。