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