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  本路線是西鐵的主要鐵路線,連線福岡縣南面與北面的一條大動脈,佔該鐵路公司收入不少。沿線大都數路段為城市,並與福岡大都市連在一起。  路線成為縣內都市之間沿線運輸的角色,為一條通勤與上學路線,西鐵沿線經過柳川之城下町、太宰府天滿宮、九州國立博物館、Greenland等觀光景點,柳川與太宰府沿線的客量較多。由大牟田車站乘坐島原鐵道高速船由三池港往島原港,為由福岡都心往島原半島最快的路線。  另外,此鐵路線與JR鹿兒島本線、九州新幹線、國道3號及九州自動車道並行,那些路線會經福岡縣筑紫野市進入佐賀縣(三養基郡基山町、鳥棲市)然後進入福岡縣久留米市,而此鐵路線由筑紫野市經同縣的小郡市才進入久留米市,不進入佐賀縣內。  此線所有路段中,大部分與鹿兒島本線並行,只有在小郡市與柳川市與鹿兒島本線分離。兩條路線都通過各都市。而只有大牟田車站,西鐵、JR兩公司在一同位一個位置中設站,其餘車站是獨立一站。一些設在城市內的主要車站都需要走行才到達另一路線的車站,以下就是一些例子,左方是西鐵車站、右方是JR車站。 此外,藥院車站 - 博多站之間、西鐵二日市車站・紫車站 - JR二日市車站之間、西鐵久留米車站 - JR久留米站、花畑車站 - JR久留米高校前車站之間設有巴士路線來往兩車站。

  此節中將會由西鐵福岡(天神)車站開始往大牟田方向展述。

  天神是九州最大的市中心,在這個中心索拉利亞總站大廈的第二層為西鐵福岡(天神)車站。在這個站出發就微微向右轉,向真南前進,之後便到達另一個在福岡市中央區的大車站:藥院車站。藥院離天神的市中心不遠的位置,這裡設有巴士路線前往博多站作一個轉乘,所有列車需停此站。離開藥院車站後,便微微向左轉,向東南方向行走。便通過西鐵平尾車站,進入南區。之後與福岡縣道31號福岡筑紫野線並行,直至井尻車站附近。列車經過大橋車站後便跨過國道385號,由高架路段降至地上路段。之後會跨越那珂川及JR九州新幹線的高架橋,在過了井尻站便在福岡高速5號線高架橋下通過。並且跨越JR鹿兒島本線路軌,最後在雜餉隈站通過後向右轉。在雜餉隈站至櫻臺車站之間的路段是與JR鹿兒島本線並行。在雜餉隈站附近至下大利車站附近正在進行高架化工程。在下大利站後會通過御笠川與穿越九州自動車道,然後便在國道3號旁並行,國道3號中,有橋上路和地面道路。在並行區間中設有都府樓前車站,之後,路線向右轉,與一條太宰府線單線鐵路匯入,共同進入西鐵二日市車站。

  西鐵二日市車站是與太宰府線的轉乘車站,要轉乘的乘客有很多。特別是每年初,前往太宰府天滿宮參拜的乘客會使用此站轉乘。由西鐵二日市車站出發後約900m的地點,就是天神大牟田線之中最新的車站:紫車站。之後為朝倉街道站,在朝倉街道車站後,沿線都是住宅地。其後跨過國道3號後便到達櫻臺車站。櫻臺車站附近地帶是筑紫平原。之後,便穿越JR築豐本線(原田線)的橋樑,到達筑紫車站,在此站的東南方設有筑紫車輛基地。之後便向右轉,向西南偏南方前進。由津古車站至宮之陣車站與福岡縣道88號久留米小郡線並行,同時此路段是一條直線。西鐵小郡車站附近為幽靜的住宅區,附近設有大分自動車道學甘木鐵道線。在西鐵小郡車站可以轉乘甘木鐵道線。在西鐵小郡車站之後,住宅密度開始稀疏,在到達宮之陣車站前,周邊為田園,在夜間時沒有燈光,在車箱看出去是沒有東西的,在日間,遠處會看到佐賀縣鳥棲市的市中心,在市中心前有一條九州自動車道的高架道。在端間車站之後,便與寶滿川與縣道88號並行,直至味阪站前跨越此川,寶滿川在此繼續向西南方流去,在味阪車站後,便穿越九州自動車道,就由小郡市轉入久留米市。此處離佐賀縣非常接近。之後與一條甘木線單線鐵路匯入,共同進入宮之陣車站。宮之陣車站是與甘木線的轉乘車站。離開宮之陣車站,便跨過筑後川。在鐵路橋上可看到久留米市街。在過鐵路橋後,便再跨越國道210號,進入住宅區中,途中會通過櫛原車站。之後會進入高架路段,前往久留米市中心的車站西鐵久留米車站。

  西鐵久留米車站中,可以看到下一個站:花畑車站。在西鐵久留米車站出發後,就會停花畑車站。所有列車都必須停花畑車站。在兩車站中,西鐵久留米車站的乘客會多於花畑車站。之後便通過試驗場前車站,在此車站後,路線由複線變為單線直至大善寺車站。在試驗場前車站後,會跨越JR久大本線的單線、鹿兒島本線的複線和九州新幹線高架橋。之後附近會是住宅區,再進入津福車站。此車站附近有一些居民希望儘快把單線區間複線化和高架化。在津福車站出發後,直至矢加部車站前都是與福岡縣道23號久留米柳川線並行。津福車站至大善寺車站是舊大川鐵道收購區間,路線附近為密集的住宅區。在大善寺車站後,路線由單線變回複線。這段的轉彎位較少,是較好的路段。在蒲池車站後再次變為單線,蒲池至矢加部之間會跨越有明海沿岸道路,然後向左轉至東南方前進,進入高架車站:矢加部車站,然後再跨越衝之端川,進入柳川市街地區,到達西鐵柳川車站。

  在離開西鐵柳川車站後一會,左手邊會設有柳川車輛基地,然後再越過有明海沿岸道路,再向右轉,進入德益車站。之後,進入筆直的路線南下。中途會通過西鐵唯一的號誌站:中島號誌站,之後會進入高架路段。在路段中會跨過縣道大和城島線及到達西鐵中島車站。之後,會越過矢部川,進入三山市。在開車站後,又變回複線區間,直至終點車站:大牟田車站。在西鐵渡瀨車站後便進入大牟田市,車站在市北部的丘陵地帶通過。在倉永車站學東甘木車站中穿越縣道南關大牟田北線,此時開始靠近鹿兒島本線。直至西鐵銀水車站後就與鹿兒島本線並行,呈現一種四線鐵路的樣子。此外,與鹿兒島本線並行區間的平交道是按JR的基準而設。之後會進入大牟田市街,經過新榮町車站,最後穿越三井三池専用鐵道(已停用)的高架路段,進入終點車站大牟田車站。

  

  以下是現時營業中的列車類別

  為天神大牟田線最快的列車類別,乘坐時不需要額外費用。行走來往西鐵福岡(天神)與大牟田之間,為都市之間輸送的幹線。早上繁忙時間與夜間外,每日每30分鐘一班。在2008年3月22日的時間表改正中,特急列車的最高速度由100km/h提升至110km/h,現時,西鐵福岡(天神) - 西鐵久留米之間上下共的所需時間最快為28分鐘,西鐵福岡(天神) - 大牟田之間最快下行需時59分鐘,上行則58分鐘。另外,春日原 - 下大利之間的高架化工程展開,在2010年3月的時間表改正中,所需時間比改正前增加最多2分鐘。  執行特急列車中,主要使用8000型,在平日上午的幾班及黃昏以後時,會使用5000型、6000型・6050型6/7卡列車。此外,如果有兩列或以上的8000型進入工場,特急列車就會使用5000型與6000型代行。當黃金週或正月時,有許多乘客使用鐵路,那時就會使用3000型、5000型、6000型與6050型7卡列車來執行特急班次。

  急行列車班次整日都有服務。在整日中,西鐵福岡(天神) - 西鐵小郡之間(以下,會稱為「小郡急行」)及西鐵福岡(天神) - 花畑之間(以下,會稱為「花畑急行」)的班次會每小時2班,合共4班執行。在早上及黃昏時間,西鐵福岡(天神)- 西鐵二日市之間的急行列車班次會約30分鐘一班。  在早上繁忙時間的上行線,急行列車為唯一的快速列車。愈近福岡車站,停車距離愈短。由大牟田/柳川開行的列車由於月臺長度,執行時的卡數不可過多,使列車在久留米以南的時刻已經有許多長距離的通勤乘客。所以會加設班次久留米車站開始的列車。  在繁忙時間,花畑急行與西鐵福岡(天神) - 西鐵二日市之間的急行的出發比率是2:1。在夜間的急行列車班次中,來往大牟田與來往柳川的班次會每15分鐘一班。  急行列車班次部分割槽間的停車次數較多,小郡急行在筑紫以南的各車站停車較多,由津福/大善寺出發的列車會在久留米以南的各車站停車。這種情況,在其他的大手私鐵中會區別為「準急」或「區間急行」,並非「急行」。在西鐵的場合,部分急行加普通列車的班次也會稱為急行列車。全區間急行班次(早上至早上繁忙時間及夜間運輸)場合,在久留米以南的停車站學特急停車站(花畑、大善寺、柳川、新榮町、大牟田)是相同的,車內廣播通常是自動廣播,而不是車長親自廣播。  在車輛方面,多數會使用3000型5卡執行,當有一列3000型進入工場,就會使用5000型6卡執行。繁忙時間會使用5000型、6000型、6050型7卡列車執行(除非故障或車輛檢驗)。  部分班次會有機會變成普通列車進入非停車站停車,為了讓特急列車通過。 在正月三日,太宰府天滿宮有活動,特此加設臨時急行「初詣號」執行福岡(天神) - 太宰府之間。在1997年9月27日的時間表改正中,此急行班次在1小時有4本,在第二年列車會在西鐵小郡車站停車站後才會折返往太宰府車站。

  在整日中,普通列車主要是來往西鐵福岡(天神) - 筑紫/大善寺之間,又或太宰府線直通列車:西鐵福岡(天神) - 太宰府之間及甘木線直通列車:甘木 - 大牟田之間。一些列車會在大橋/春日原/西鐵二日市/西鐵小郡/西鐵久留米/花畑/大善寺/西鐵柳川停車長達15分鐘,是為了讓特快列車通過。  在早上繁忙時間,西鐵柳川來往西鐵福岡(天神)出發的列車中,上行會有1班(下行實質是在久留米轉乘另一班列車往柳川)。而此班次會在春日原/筑紫車站作避車之用。  天神大牟田線內的列車與太宰府線直通列車中,早上會主要使用5000型/6000型/6050型4卡,部分列車會使用7000型/7050型4卡。繁忙時間會使用5000型6/7卡/6000型/6050型7卡/8000型6卡/3000型5卡執行(除非故障或車輛檢驗)。甘木線直通列車中,會使用7000型/7050型2卡執行。

  

  在1987年3月25日的時間表改正而新設,在2010年3月27日的時間表改正後取消。班次為平日早上下行4班由西鐵福岡(天神) - 西鐵二日市之間執行,並之後前往筑紫附近的車廠,。新設時,因為以不停車站到西鐵二日市,而稱為直行列車,在1995年加停藥院車站。早上繁忙時間時會增加上行列車往車輛基地。  車輛中主要使用6000型/6050型7/8卡執行。

  在2001年1月20日的時間表改正而新設,在2010年3月27日的時間表改正後取消。班次上,平日早上上行2班(大牟田、西鐵柳川各1班)執行。兩班次都以8輛編成執行。  在停車站方面,通常會停急行停車站加停春日原與下大利車站。加停此兩站的原因是繁忙時間中的急行班次混亂,以此來緩和此諜問題,春日原的平交道限制不能讓8卡列車停車。所以、2班只可停車讓特急列車通過。  車輛中主要使用6000型/6050型8卡執行。

  在1939年(昭和14年)7月1日,當路線延長至大牟田車站,全線開通而新設。停車站為九鐵福岡(現西鐵福岡(天神)) - 春日原之間各車站、二日市、久留米 - 大牟田之間各車站,每25分鐘一班,準急列車由福岡 - 久留米之間需時45分鐘、由福岡 - 大牟田之間需時110分鐘。  在1956年(昭和31年)12月1日,早上和夜上的班次(除繁忙時間外)升級為急行列車列車,所以準急列車班次便減少。在1958年(昭和33年)4月1日的時間表改正後取消。

  在1956年(昭和31年)12月1日的時間表改正開設,這是由準急列車部分班次升級至區域性急行列車班次。停車站為二日市、小郡、宮之陣、久留米與以南的各車站。區域性急行列車由福岡 - 久留米之間需時42分鐘。在1959年(昭和34年)5月1日的時間表改正中,急行列車升級至特急列車,區域性急行列車也升級至急行列車,所以區域性急行列車的班次便全部取消。

  以下展示在平日中,一小時內列車班次的數目與行走區間。

  在平日7:41-9:20之間到達西鐵福岡(天神)站的上行線特急/急行列車最後一架車箱設有「女性専用車箱」(包括原本是普通列車,但在久留米/筑紫才開始急行的班次)。  此外,「由女乘客陪同小學生以下的男性」與「殘障人士照顧者情況」也可進入女性専用車箱。  過去的快速急行列車也有女性専用車箱。在快速急行停運前都廃止後,特急、急行列車都是7卡列車運輸,而快速急行列車是8卡列車運輸,女性専用車箱的乘車位置中,不同站就有不同的設計。

  

  以下列車是指曾經在此線執行的列車。

  西鐵福岡(天神)至津福之間與大善寺至大牟田之間的路段是由西鐵前身:九州鐵道(第二代)開通,當時已經為一條電氣化鐵路。津福至大善寺之間則由大川鐵道開通,後來大川鐵道合併至九州鐵道,津福至大善寺之間路段電氣化與改變軌距。在1924年(大正13年),西鐵福岡(天神)至西鐵久留米之間開通時,也開始計劃由大牟田煤礦區延長至熊本地區,但在1939年(昭和14年),當開通至大牟田後,由於不能取得土地就難以進行,延長至熊本的計劃就停止了。  在西鐵福岡(天神)至西鐵久留米之間,開通時已經是複線區間,但西鐵久留米以南路段是單線,這是由於資金不足。其後,八丁牟田附近和開以南,由於要設立特急列車,所以才建設複線區間。

  在此線中,試驗場前至大牟田之間只有餘下一段單線區間,在繁忙時間中,特急/急行的班次數目能不能保證(包括急行列車在花畑以南變為普通列車的班次)成為之後的問題。因此,為了繼續提速、增加客運量,預期福岡(天神)至大牟田之間將會完全複線化。
天神大牟田線()是一條來往福岡縣福岡市中央區天神的西鐵福岡(天神)車站與同縣大牟田市久保田町的大牟田車站之西日本鐵道(西鐵)線。