東京/成田と大阪/関西から毎日運航しており、アムステルダムから乗り継いだその日のうちにヨーロッパの60都市以上に到着できる。かつては、札幌/新千歳経由名古屋/小牧線も就航し、さらに2013年4月から福岡空港にも週3便で就航していたが、福岡線は路線状況が悪化したことや日本円の為替レートが路線収支にマイナスの収支を及ぼしているなどの理由から2016年1月4日もって運休となった[35]。

営業事務所はエールフランス-KLMで同一地点に所在しており、東京都と大阪市にある。日本路線には常に日本人CAが3名から4名乗務している。
サービスボーイング747に設置されていたワールドビジネスクラス席エコノミークラスで提供される機内食日本路線で提供される和食ボーイング777-300ERのエコノミークラスボーイング787-9のエコノミークラス
機内サービス

長距離路線ではビジネスクラス「ワールドビジネスクラス」、エコノミークラスの2クラス制。ヨーロッパ域内路線ではビジネスクラス「ヨーロッパビジネスクラス」とエコノミークラスの2クラス制をとる。全機種のエコノミークラスには、足元の広い「エコノミー・コンフォートゾーン」が搭載されている（ファーストクラス「ロイヤルクラス」は1996年ノースウエスト航空と同時に導入されたワールドビジネスクラスの導入により廃止）。

日本路線の機内食の特徴として、ホテルオークラ・アムステルダムの和食を搭乗クラスに関係なく提供し、日本人旅客へのサービスを図っていることがある。

KLMオリジナルギフト（ワールドビジネスクラスのみで提供) - オランダ伝統の陶器、デルフト陶器の「ミニチュアハウス」40年以上続く人気のプレゼントで、中にはイェネーバ（蘭: jenever、オランダ・ジン）が入っている。陶器は現在88種類で、毎年1-2種が新規追加されている。

エンターテインメント - ボーイング777型機・ボーイング787型機では各座席にスクリーンが設置されており、映画やニュース番組のほか、音楽プログラムがある。また、ボーイング777-300ERの一部機体では機内無線LAN（Wi-Fi）サービスを開始している。

機内誌・機内販売 - 機内誌は「Holland Herald」（英語版のみ）。また、アクセサリー、香水、化粧品などの免税品をはじめ、メンズ向けのグッズなども機内で注文した商品を自宅へ配送するホームデリバリーサービスを提供する。

アメネティキット（ワールドビジネスクラスのみ）には洗顔用具、機内用靴下、アイマスクが入っている。スリッパも機内でもらえる。

Flying Blue/フライング・ブルー

エールフランスとKLM共通のマイレージプログラムで、2005年6月6日よりサービスが開始された。

エールフランス、KLMをはじめ、スカイチーム便、提携航空会社やホテル、レンタカー、クレジットカードなどの提携130社以上でマイルの獲得や特典を利用できる。また、獲得したマイルをほかのどの会員にも譲渡できる。さらに同社便・提携会社便の利用回数・距離に応じてアイボリー、シルバー、ゴールド、プラチナの4つの会員となるエリート会員制度を持つ。
空港でのサービス

KLMのハブ空港であるアムステルダムのアムステルダム・スキポール空港は、乗り継ぎの簡単さ(ワンターミナルコンセプト)を重視しており、過去にベストエアポートとしての受賞歴もある。日本からスルーチェックインを済ませた客が、フライトの待ち時間にオランダへの一時観光入国をできるようにもなっている。

アムステルダム・スキポール空港のクラウン・ラウンジは近年リニューアルされた。
KLMアジアKLMアジア

KLMには傘下にKLMアジアというかつての日本アジア航空に似た会社が存在する。これは台湾及び中国双方に路線を持つことに対する政府圧力が背景にあったからである。