もともと直結した4社の私鉄路線(
豊川鉄道・
鳳来寺鉄道・
三信鉄道・
伊那電気鉄道)を戦時国有化・統合したことで成立した路線であり、駅はほぼ開通時の沿線集落ごとに設けられている。このため駅間距離が旧
国鉄の地方路線としてはとても短いのが特徴で、全長195.7km中に起終点を含めて実に94の駅がある
[全国版大型時刻表の行数は飯田線の駅数で決められたといわれる。]。それらの平均駅間距離は約2.1kmと大都市の市街地路線並みであり、また地方鉄道の簡易な規格で建設されたことから制限速度は低く、急カーブや急勾配も多く見られる。中でも
赤木駅 -
沢渡駅間の勾配は40
‰で、JR最急勾配である。
豊橋駅 -
豊川駅間の複線区間のうち、豊橋駅 -
平井信号場間は
名古屋鉄道(名鉄)と共用しており、東海旅客鉄道が所有する下り線を飯田線と名鉄の下り列車(
中部天竜・
名鉄岐阜方面行き)が通り、名鉄が所有する上り線を名鉄と飯田線の上り列車(豊橋方面行き)が通る。これは
1927年6月に、愛知電気鉄道(
名鉄名古屋本線の前身)の豊橋延長に際し、豊川鉄道(飯田線
大海駅以南の前身)と線路共用を行う協定が結ばれ、これが現在にまで踏襲されているものである。この区間にある
船町駅・
下地駅は飯田線専用で、名鉄の列車は停車しないが、
1991年3月ダイヤ改正からは、
新城駅以北直通の飯田線列車のほとんどについてもこの両駅を通過するようになった(朝夕を除く)。