開業当初、山陽新幹線では「こだま」を一部時間帯除いて設定せず、「ひかり」を山陽新幹線区間で主要駅のみ停車するタイプ（Wひかり）、それより若干多い駅に停車するタイプ（Aひかり）、各駅停車するタイプ（Bひかり）の3つに分けてそれぞれ設定し、殆どの列車を東海道新幹線の東京駅まで直通運転させていた。

しかし山陽新幹線では16両編成を運転するだけの需要がないことから、その分東海道新幹線より列車本数が少なく、特に岡山駅以西では毎時2往復という時間帯が多かった。その後、山陽新幹線区間のみ走る6両編成の「こだま」が1985年（昭和60年）6月に登場したのを皮切りに、編成両数を短縮してその分本数を増やす施策がとられるようになった。

国鉄分割民営化によってJR西日本の運営路線となると、その流れには更に拍車がかかり、“ウエストひかり”・“シャトルひかり”などといった、6 - 12両編成という短編成ではあるが質の向上を図った列車が多く運行されるようになり、そして8両編成の“ひかりレールスター”が登場以後は山陽区間内の「こだま」も4 - 6両編成（多くは廃車発生品のグリーン席を使った2+2座席のモノクラス車に）が殆どとなり、現在に至る。

また、小倉 - 博多間は並行在来線の鹿児島本線との競合があるため、在来線経由の定期券での山陽新幹線の乗車を認めるとともに、同区間の区間列車を朝夕時間帯を中心に設定している。

なお“ひかりレールスター”に関しては、山陽区間における「のぞみ」が登場して暫くは、「のぞみ」の列車本数自体が少なかったことや利用料金が割高な事などから新幹線が敬遠されがちであったため、航空機への対抗策の一環として登場したものの、2003年ダイヤ改正で「のぞみ」の大幅増発や停車駅増加に加えて「のぞみ」料金値下げ（正規の自由席料金や、阪神地区と福岡地区間などの割引きっぷ類が「のぞみ」利用でも同額に）、更に2006年（平成18年）3月18日改正で“ひかりレールスター”に「のぞみ」並みの速達列車が登場したことから、現在はその位置付けがやや曖昧になっている。

年表

1972年（昭和47年）3月15日 : 新大阪駅 - 岡山駅間開業。「ひかりは西へ」のキャッチコピーが使われた。1972年3月15日国鉄ダイヤ改正の項目も参照。

1974年（昭和49年）12月22日 : 山陽新幹線小倉駅-博多駅間と筑豊本線筑前垣生駅 - 筑前植木駅間にある交差地点で、博多開業の訓練運転列車と重連の蒸気機関車による「100周年記念号」の、「これから来るものと去りゆくものの交差」を門司鉄道管理局が演出[12]。

1975年（昭和50年）3月10日 : 岡山駅 - 博多駅間開業。キャッチコピーは「ひかりライン」。1975年3月10日国鉄ダイヤ改正の項目も参照。

1987年（昭和62年）4月1日 : 国鉄分割民営化。山陽新幹線は西日本旅客鉄道（JR西日本）管轄に。

1988年（昭和63年）3月13日 : 新尾道駅・東広島駅開業。

1993年（平成5年）3月18日 : 山陽新幹線区間で「のぞみ」の運行開始。

1995年（平成7年）

1月17日 : 阪神・淡路大震災により不通。始発列車前に発生したため乗客への直接の被害は免れた。

1月18日 : 京都駅 - 姫路駅間を残し運行再開。

1月20日 : 京都駅 - 新大阪駅まで復旧。新大阪 - 姫路駅間は加古川線・播但線等により迂回乗車。なお、全線復旧までの間は山陽新幹線では「のぞみ」は運行されなかった。

4月8日 : 新大阪駅 - 姫路間復旧により全線での運行を再開。

4月28日 : ユレダスの使用を全線で開始。


1997年（平成9年）

3月22日 : 500系を使用した「のぞみ」運行開始。最高300km/hで日本最速となる。

5月6日 : 岡山運転所構内で入換作業中の0系が、車止めを突破して40m暴走する事故が発生。原因は運転士の居眠り。負傷者なし。


1999年（平成11年）

3月13日 : 厚狭駅開業。

6月27日 : 小倉駅 - 博多駅間の福岡トンネル内でコンクリート片が剥落、通過中の下り列車屋根に衝突（福岡トンネルコンクリート塊落下事故）。以降、高架橋やトンネル壁面からのコンクリート片剥落が相次ぐ。


2000年（平成12年）3月11日 : “ひかりレールスター”運行開始。

2003年（平成15年）

2月26日 : 「ひかり126号」の運転士が広島 - 岡山駅間を運転（走行）中に居眠り（後に原因が睡眠時無呼吸症候群と判明）。

10月1日 : 小郡駅を新山口駅に改称。


2005年（平成17年）2月27日 : この日までに山陽新幹線全駅に自動改札機を導入。

2006年（平成18年）3月18日 : 姫路発着の「のぞみ」が設定される。速達タイプのレールスターが設定。

2007年（平成19年）7月1日 : N700系が「のぞみ」で運転開始

始発と最終列車の所要時間を短縮（1号 : 東京6:00→新大阪8:27発→博多10:50 52号 : 博多18:54→新大阪21:17着→東京23:45）。

朝の「のぞみ」を1往復増発（99号 : 品川06:00→新大阪8:21発→博多10:45 N700系使用 170号 : 博多7:08→新大阪9:47着→東京12:26 700系使用 ※9月30日まで）。