ワンマン運転化以前は、新宿線系統から多摩川線へ転属してきた401系、701系、赤電と呼ばれていた451系や551系・571系などが使用されていた。
導入予定車両

東急9000系（西武での形式は未定） - 2025年度より東急電鉄から譲渡を受け、本路線にも導入予定[60]。

車両数の変遷

年351系クハ1411形501系701系571系451系クハ1651形551系401系101系合計
197866416
1982445316
19834101116
1984463316
1985
-1987463316
1988
-199112416
1992
-19951616
1996
-20111616


1978年は10月1日時点、1982・1983年は1月1日時点、1984年以降は4月1日時点

出典：『私鉄車両編成表』各年版（ジェー・アール・アール）

多摩鉄道（旧西武鉄道）時代の車両
蒸気機関車

客車
フハ1・2→ハフ1・2

開業用に国鉄より払下げ[61]を受けた元甲武鉄道の木製2軸客車（明治27年平岡工場製、定員50人）旧ハ2302・2303[62]。

内燃動車
キハ10形（10-12）

1928年黒板工業所製[63]（竣工図に目黒板工業所と表記されていたため誤って伝えられていた）の木製2軸ガソリンカー（定員40人）。調子が悪く翌年に松井製作所にて大改造されている。戦後は使用されることなく廃車となった。
キハ20形（21・22）

1938年日本車輌製造製の半鋼製2軸ガソリンカー（定員50人）。日曜祭日彼岸時には武蔵境駅 - 多磨墓地前駅間を15分毎に頻発運転していた。燃料が逼迫していた戦中は木炭瓦斯発生装置を取付した代燃車となっている[64]。1953年改造され3扉化、車体延長されボギー車となりクハ1121・1122となる。その後は他の私鉄に譲渡され、羽後交通雄勝線デハ7、豊橋鉄道ク1505→2301となった[65]。詳細は「西武モハ101形電車」を参照。

駅一覧

全駅東京都（多摩地域）に所在。

線路（西武多摩川線内は全線単線） … ∨、◇：列車交換可能、｜：列車交換不可

駅番号は2013年3月までに順次導入された[66]。

駅番号駅名駅間キロ累計キロ接続路線線路所在地
SW01武蔵境駅-0.0東日本旅客鉄道： 中央線 (JC 13)∨武蔵野市
SW02新小金井駅1.91.9 ◇小金井市
SW03多磨駅
（東京外大前）2.24.1 ｜府中市
SW04白糸台駅1.45.5◇
SW05競艇場前駅1.57.0 ｜
SW06是政駅1.08.0 ｜

輸送・収支実績

年度輸送人員（人）貨物量（トン）
19491,225,522179,937
19522,276,808273,981
19584,118千226,039
19637,263千22,813
19666,740千7,512
19704,980千-


出典：『地方鉄道軌道統計年報』『私鉄統計年報』各年版

戦前の輸送収支実績

年度別実績
年度輸送人員（人）貨物量（トン）営業収入（円）営業費（円）営業益金（円）その他益金（円）その他損金（円）支払利子（円）政府補助金（円）
19171,2995,889915802113砂利販売 420
191810,242207,68118,26146,470▲ 28,209砂利販売 22,1769,401
191914,165117,04332,34631,0101,336砂利販売 86,340償却金及差損金 13,62129,70719,939
192018,587109,59436,44548,170▲ 11,725砂利販売 58,19723,36426,233
192121,98094,01340,30449,013▲ 8,709
192226,265164,67775,42069,5385,882
192321,755134,84766,60760,2846,323砂利販売 248,512砂利販売 240,62331,041
192423,883189,767100,05963,93036,129砂利 39,14221,172
192528,890170,26991,21862,99528,223砂利業 5,29319,619
192619,212156,10783,78159,16924,612砂利業 27,32027,116
192713,95598,23851,16250,171991砂利 42,05613,744
192821,234189,095
192959,026191,947
1930158,935128,734
1931186,228150,861
1932193,523131,912
1933223,660114,910
1934254,57758,720
1935268,69853,291
1936289,25162,437
1937302,34955,027
1939515,72890,608
1941761,792107,405
1943962,49382,776


出典：『鉄道院鉄道統計資料』『鉄道省鉄道統計資料』『鉄道統計資料』『鉄道統計』『国有鉄道陸運統計』各年度版

1928年度以降の収支は西武鉄道への合併により省略

脚注[脚注の使い方]
注釈^ 武蔵境駅付近の高架化前の数値
^ 砂利採取用に開業していた安比奈線の成績がいまひとつだったからといわれている[17]。
^ 『西武鉄道株式会社 昭和二年下半期（昭和二年六月一日-昭和二年十一月三十日）第十一回営業報告』多摩鉄道買収について、同年8月31日に帳簿書類と共に一切の財産を引き受けたとある。同史料「運輸概況」に多摩線という名称で運輸成績が記載されている。
^ 改称日は、西武鉄道『会社要覧』の「駅名の変遷」[37]では5月1日。今尾恵介『日本鉄道旅行地図帳 4号 関東2』（新潮社、2008年発行）p.48では5月21日。

出典^ a b c d 寺田裕一『データブック 日本の私鉄』（ネコ・パブリッシング、2002年）p.59
^ 武蔵境 西武鉄道（2022年7月18日閲覧）
^ a b 【鉄道トリビア】第120回：なぜ西武多摩川線は"孤立"しているのか? マイナビニュース（2011年10月1日）2022年7月18日閲覧
^ a b 『12月9日（土）多摩川線武蔵境駅付近連続立体交差事業において 武蔵境駅付近の約840mを高架化し、3ヵ所の踏切を解消します。』（PDF）（プレスリリース）西武鉄道、2006年10月25日。 ⇒オリジナルの2006年11月28日時点におけるアーカイブ。https://web.archive.org/web/20061128165549/http://www.seibu-group.co.jp/railways/kouhou/news/2006/1025.pdf。2022年3月26日閲覧。 
^ 『鉄道ピクトリアル』2002年4月臨時増刊号 No.716（電気車研究会）p.108
^ a b 『地方鉄道及軌道一覧 : 附・専用鉄道。昭和10年4月1日現在』（国立国会図書館デジタルコレクション）
^ a b 西武鉄道『第78回上場有価証券報告書』自昭和26年10月1日 至昭和27年3月31日
^ a b 西武鉄道『第84回有価証券報告書』自昭和29年10月1日 至昭和30年3月31日