当初、札幌方面と北見を結ぶルートは札幌駅 - 旭川駅 - 富良野駅 - 池田駅 - 北見駅のルートであり、その後根室本線の滝川駅 - 富良野駅間の開通でさらに短絡化された。のちに名寄本線が開通して少し短絡され、その後石北本線の全通により現在のルートが最短となった。石北本線が名実ともに現在の形となるのは、1961年（昭和36年）4月1日に線区の整理統合が行われてからである。現在も遠軽駅の線形がスイッチバックであることが、石北本線の複雑な生い立ちを示している。
路線データ
管轄（事業種別）・区間（営業キロ）
北海道旅客鉄道（第一種鉄道事業者）
新旭川駅 - 網走駅 234.0 km
全区間が北海道旅客鉄道旭川支社の管轄である。
日本貨物鉄道（第二種鉄道事業者）
新旭川駅 - 北見駅 (181.0 km)
駅数：32駅（起終点駅含む）
石北本線所属駅に限定した場合、起点の新旭川駅が除外され、31駅となる。なお、終点の網走駅は石北本線所属。
一般駅：2駅
旅客駅：30駅
貨物駅：0駅
信号場：5か所（中越・上越・奥白滝・下白滝・金華）
軌間：1,067 mm（狭軌）
複線区間：なし（全線単線）
電化区間：なし（全線非電化）
閉塞方式：自動閉塞式（特殊）
保安装置：ATS-SN
最高速度：95 km/h（全線）
主な優等列車の運行形態は以下の通り。
特急「オホーツク」 札幌ー網走 2往復
特急「大雪」 旭川ー網走 2往復
貨物列車の運行
毎年秋から翌年春にかけて、沿線で収穫された農産物輸送用として臨時貨物列車（通称玉ねぎ列車）が北見 - 新旭川間に運行されている（新旭川駅より宗谷本線に乗り入れ北旭川駅まで運行）。牽引機関車はDF200形ディーゼル機関車である。かつてはDD51形の重連牽引だったが、途中遠軽・新旭川両駅で2度進行方向が変わるため、遠軽・新旭川両駅で機回しが必要だった。現在はその手間の解消と、途中の北見峠と常紋峠の急勾配対策のため、コンテナ車の前後に機関車を連結する「プッシュプル方式」に改められている。かつては1日3往復運転されていたが、機関車の老朽化などの問題により2010年（平成22年）度より2往復に減便され、2011年（平成23年）度からは1往復体制となっている。2023年現在も11両編成で1日1往復が設定されている。輸送品目、輸送量はタマネギのほかジャガイモ、砂糖など約6万トンが見込まれている。
排雪列車の運行
毎年12月中旬から翌年3月上旬にかけて、旭川ー遠軽間に、定期排雪列車が運行される。下り排雪列車は、夕方に旭川を出発し、夜に遠軽に到着する。上り列車は、深夜に遠軽を出発し、早朝に旭川に到着する。尚、白滝ー遠軽間は、通常は排雪作業を行わず回雪列車となる。使用される車両は、旭川運転所のDE15形ディーゼル機関車であったが、2023年2月よりキヤ291形気動車に置き換わっており、2023年度来シーズンの動向が注目される。
高速貨物 DF200+コキ100系+DF200 石北本線 生田原ー金華
特急「大雪」 キハ183系 石北本線 旧白滝(信)ー下白滝(信)
特急「オホーツク」 キハ183系 石北本線 遠軽
特急「大雪」 キハ183系 石北本線 遠軽
遠軽駅で乗務員が交代。「行ってらっしゃい！」 凍て付くホームであったが、営みの温かさが伝わる。
特急「オホーツク」キハ183系 と 普通キハ40 石北本線 遠軽
キハ40 石北本線 北見
キハ40 石北本線 北見
