現在 、 ミヤコーバス が 、 石巻 と 仙台 を 結ぶ 高速 バス ・ 仙台 - 石巻 ・ 女川 線 を 三陸 道 経由 で 運行 し て いる が 、 バス が 仙台 市内 の 渋滞 の 影響 を 受ける こと や 、 運行 本数 が 少なく 所要 時間 も 震災 前 の 仙石線 と あまり 変わら ない こと から 、 高速 バス に 苦戦 を 強い られ て いる 仙山線 ・ 東北 本線 と は 違い 、 仙石線 で は 全線 を通して 乗車 する 利用 客 も 多く 、 鉄道 が 優位 な 状況 に あっ た 。

元々 が 独立 し た 鉄道 会社 で あっ た 名残 から 、 仙台 駅 と 石巻 駅 の 着発 線 および 駅舎 が 他 路線 と は 独立 し て い た 。

仙台 駅 構内 に は 、 1970 年 頃 まで 東北 本線 と 仙石線 を 結ぶ 引き込み 線 が あっ た が 、 現在 は 存在 し ない 。

石巻 線 は 非 電化 路線 で ある ため 、 気動車 の 場合 は 仙石線 ・ 石巻 線 の 両 線 を 直通 する こと が 可能 で あり 、 2000 年 の 仙台 トンネル 開通 以前 は グラシア （ 現 ： こがね ） による 臨時 列車 （ 仙台 駅 - 女川 駅 ・ 気仙沼 駅 間 ） が 運行 さ れ た こと が あっ た 。

仙台 トンネル の 開通 により 仙台 駅 - 苦竹 駅 間 で は 、 East i - D を のぞき 、 気動車 の 入線 は 基本 的 に 不能 に なっ た が 、 東 塩釜 駅 - 石巻 駅 間 で は 団体 専用 列車 という 形 で 気動車 の 入線 が あっ た 。

また 、 仙台 市 の 交通 政策 で 、 仙石線 を 西公園 まで 延伸 し て 東西線 計画 の 一部 と する 構想 も あっ た が 、 仙台 市 が 独自 に 地下鉄 東西 線 を 建設 する 方針 を とっ た ため に 、 構想 は 立ち消え と なっ た 。

しかし 地上 線 時代 の 仙台 駅 および 地下 化 後 の あおば 通 駅 は 機 回し 線 が なく 、 また クモヤ 145 形 が 1 両 しか 在籍 し て い ない ため 、 上り 列車 で 仙台 駅 （ 地上 線 時代 ） もしくは あおば 通 駅 （ 地下 化 後 ） に 入線 する と 車両 の 付け 替え が でき ない ため 、 以前 は 105 系 を 使用 し 、 の 編成 で 運転 さ れ て い た 。

宮城 電気 鉄道 により 、 1925 年 （ 大正 14 年 ） 6 月 5 日 に 仙台 駅 - 西 塩釜 駅 間 が 開業 。

以後 順次 延伸 さ れ 、 1928 年 （ 昭和 3 年 ） 11 月 22 日 に 仙台 駅 - 石巻 駅 間 が 全通 し た 。

当初 、 宮城 県庁 付近 を 基点 と する 計画 が あり 、 東北 本線 と の 交差 の ため 仙台 駅 - 東七番丁 駅 （ 仙台 東口 駅 ） 間 は 地下 区間 として 建設 さ れ た が 、 これ は 日本 で 最初 に 開業 し た 営業 用 の 地下 路線 で ある 。

その後 、 宮城 県庁 まで の 延伸 は 資金 難 と 仙台 市電 の 開業 により 断念 さ れ 、 1952 年 （ 昭和 27 年 ） に は 路線 短縮 により 地下 区間 が 廃止 と なっ た 。

廃止 さ れ た 地下 区間 は 、 2000 年 （ 平成 12 年 ） の 再 地下 化 まで の 間 、 仙台 駅 の 北側 に あっ た 地下 改札 口 （ 駅 ビル の 食料 品 売り場 に 改装 さ れ 現存 し ない ） や 東北 本線 の 各 ホーム と 、 仙石線 ホーム を 結ぶ 地下 通路 として 利用 さ れ て い た 。

東北本線 （ 当時 は 日本 鉄道 ） は 、 大正 期 にあたる 1920 年代 前半 に は 仙台 駅 を はさん で 岩沼 駅 から 岩切 駅 まで 複線 化 さ れ て い た が 、 開業 時 から 全線 単線 だっ た 仙石線 （ 当時 は 宮城 電気 鉄道 ） の 複線 化 は 、 1943 年 （ 昭和 18 年 ） 12 月 5 日 に 東七番丁 駅 （ 後 に 仙台 東口 駅 、 さらに （ 地上 線 ） 仙台 駅 に 改称 ） から 陸前原ノ町 駅 まで の 区間 で 初めて 実現 し た 。

仙石線 で も 同年 に は 陸前原ノ町 駅 - 多賀城 駅 間 、 翌 1969 年 （ 昭和 44 年 ） に は 多賀城 駅 - 西 塩釜 駅 間 が 複線 化 さ れ 、 仙台 駅 （ 地上 線 ） から 塩竈 市 の 中心 駅 で ある 本 塩釜 駅 の 1 つ 手前 まで 複線 化 が 完了 し た 。

仙台 - 苦竹 間 について は 、 仙台 駅 付近 が 曲線 が 多い 蛇行 線形 に なっ て い た ほか 、 踏切 による 交通 渋滞 問題 が 発生 し て い た ため 、 連続 立体 交差 化 が 行わ れ た 。

この 事業 で は 、 1985 年 （ 昭和 60 年 ） に 着工 さ れ た 仙台 トンネル が 2000 年 （ 平成 12 年 ） に 完成 、 地下 化 によって 14 の 踏切 が 解消 さ れ た 。

この 際 に は 路線 の 直線 化 によって 距離 が 短縮 さ れる とともに 、 あおば 通 駅 が 新設 さ れ て 仙台 駅 以西 に 延伸 開業 し た 。

これ は 地下 化 建設 当時 検討 さ れ て い た 仙台 市営 地下鉄 東西 線 と の 直通 運転 を 視野 に 入れ て 先行 し て 仙石線 の 連続 立体 交差 事業 が 始まっ た が 、 国鉄 仙台 駅 と 仙台 市営 地下鉄 仙台 駅 が 離れ て い た ため 直通 運転 案 で は 仙台 駅 を 二分 し て 建設 する こと に なり 、 連続 立体 交差 事業 の 補助 金 対象 区間 を 長く 取る ため に 地下鉄 寄り の 「 仙台 （ 西 ） 駅 」 を 仙石線 と 地下鉄 と の 境界 駅 と し た ため 、 この 駅 まで を 国鉄 線 として 建設 する こと に なっ た から で ある 。

その後 地下鉄 直通 運転 案 は 断念 さ れ た が 「 仙台 （ 西 ） 駅 」 まで は 建設 さ れ 、 地下 化 開業 にあたって JR 仙台 駅 と は 離れ て いる 「 仙台 （ 西 ） 駅 」 の 正式 名称 を 「 あおば 通 駅 」 と 決定 し て 開業 し た 。

地震 直後 より 全線 で 不通 と なっ た 仙石線 は 、 震災 当日 から 2 週間 以上 を 経 た 同年 3 月 28 日 、 仙台 市内 の あおば 通 駅 - 小鶴 新田 駅 間 で のみ 運転 が 再開 さ れ た ものの 、 翌月 7 日 に 発生 し た 余震 の ため に 、 再び 全線 で 不通 と なっ た 。