小田急線の鶴川駅を起点として愛川田代までの本線（24.2km）、相模四谷で分岐し城山へ至る城山線（5.8km）の２路線から構成される。両線とも運転系統上の区別はなく一体的に運行されており、各種の案内等においても「愛川線」と一括りにされた上で「愛川方面」「城山方面」と称されることが多い。

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​短い路線長ながら沿線は地形の変化に富み、全体として起伏の多い線形になっている。特に本線の相模四谷以西では相模川・中津川の河岸段丘による高低差を越えることから、直線距離に比して大幅な迂回を余儀なくされている。ただ城山線区間に限れば全線が相模野台地上に位置しており、勾配は単調かつ比較的緩やかである。

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相模川の砂利や半原の撚糸製品の輸送を当て込んで建設された経緯をもつが、沿線開発の進んだ現在は東京都心への通勤路線としての性格を強めている。他方で津久井・宮ヶ瀬といった地区への観光路線という側面もあり、休日はハイキング客で賑わう光景が見られるのも特徴である。

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