東急大井町線

開業は昭和初期に段階的に進められた。1927年（昭和2年）7月6日、目黒蒲田電鉄が大井町 - 大岡山間を開業し、当時から「大井町線」という路線名であった。1929年（昭和4年）11月1日には自由ケ丘 - 二子玉川間が二子玉川線として開業し、同年12月25日に大岡山 - 自由ケ丘間が開業して全線開業となり、二子玉川線を大井町線に統合して大井町 - 二子玉川間の直通運転を開始した。1938年（昭和13年）6月29日、目黒蒲田電鉄は東京横浜電鉄に合併され、現在の東急電鉄へとつながっていく。

その後も改良が続いた。1958年（昭和33年）1月15日、架線電圧が600ボルトから1,500ボルトに昇圧された。1963年（昭和38年）10月11日には、大井町線が二子玉川以南の区間とともに「田園都市線」に改称され、「大井町線」の名称は一時消滅した。1977年（昭和52年）11月16日に渋谷 - 長津田間で直通運転が始まり、1979年（昭和54年）8月12日、大井町 - 二子玉川園間が大井町線として再び分離され、約16年ぶりに名称が復活した。

21世紀に入って近代化が進んだ。2008年（平成20年）2月23日に保安装置が東急形ATSからATC-Pに変更され、同年3月28日に大井町線内で急行運転が始まり、6000系が運用を開始した。2009年（平成21年）7月11日には二子玉川駅から溝の口駅まで延伸され、種別色を青と緑で区別する2種類の各駅停車の運転が始まった。緑色の各駅停車は二子玉川 - 溝の口間で急行線を走り、二子新地・高津には停車しない。急行は2017年度に6両編成から7両編成へと増強され（2017年11月4日に開始、2018年2月9日に完了）、2018年3月28日からは6020系が営業運転を開始した。2018年12月14日以降、平日夜間の長津田行き急行の一部で有料座席指定サービス「Qシート」が提供されている。

大井町線は多くの通勤客を運んでいる。東急株式会社の資料によれば、2018年度の1日平均乗降人員は511,214人であった。国土交通省によると、2019年度の朝ラッシュ時の最混雑区間は九品仏 - 自由が丘間で、ピーク時（7時30分 - 8時30分）の混雑率は156パーセントであった。同区間の過去の最高値は1980年の177パーセントである。急行は田園都市線へ直通運転し、土曜・休日には長津田駅や中央林間駅まで運転される列車もある。

事故・インシデントとしては、2006年（平成18年）3月11日に8000系（8005編成）が走行中に車両ドアが開くトラブルが発生し、重大インシデントとして航空・鉄道事故調査委員会が調査した。また、2025年（令和7年）10月5日に田園都市線梶が谷駅構内で信号システムの設定ミスにより衝突脱線事故が発生したことを受けて東急電鉄が調べたところ、10月10日に大井町線と共用する二子玉川駅で同様の設計ミスが判明し、10月20日までに信号システムの改修が行われた。

• 19276 July: the Meguro-Kamata Electric Railway opens the first section, between Ōimachi and Ōokayama; the line is named the Ōimachi Line from the start.
• 19291 November: Jiyūgaoka–Futako-tamagawa opens as the Futako-Tamagawa Line. 25 December: Ōokayama–Jiyūgaoka opens, completing the route; the Futako-Tamagawa Line is merged into the Ōimachi Line.
• 193829 June: the Meguro-Kamata Railway is absorbed into the Tokyo-Yokohama Electric Railway.
• 195815 January: supply voltage raised from 600 V to 1,500 V DC.
• 196311 October: the line is renamed the Den-en-toshi Line (with the section south of Futako-tamagawa); the name 'Ōimachi Line' temporarily disappears.
• 197716 November: through running starts between Shibuya and Nagatsuta.
• 197912 August: the line is renamed the Ōimachi Line and separated from the Den-en-toshi Line south of Futako-tamagawa.
• 200611 March: a door on an 8000 series train (set 8005F) opens while moving; investigated as a serious incident by the Aircraft and Railway Accidents Investigation Commission.
• 200823 February: signalling upgraded from Tokyu ATS to ATC (ATC-P). 28 March: limited-stop Express services begin; 6000 series enters service.
• 200911 July: the Ōimachi Line is extended from Futako-tamagawa to Mizonokuchi; two grades of all-stations Local service (blue and green) begin.
• 2017Express services lengthened from six to seven cars over fiscal 2017 (conversion begins 4 November); platforms at Ōimachi, Hatanodai and Jiyūgaoka extended.
• 20189 February: seven-car express conversion completed. 28 March: 6020 series enters service. 14 December: paid 'Q Seat' reserved seating begins on some express services to Nagatsuta.
• 202510 October: after a Den-en-toshi Line collision-derailment at Kajigaya (5 October), Tokyu finds the same signal-system design error at Futako-tamagawa (shared with the Ōimachi Line); repaired by 20 October.