La ligne se débranche de la ligne Paris-Nord - Pontoise après la gare de Saint-Ouen-l'Aumône - Liesse. Elle traverse le cours de l'Oise à Auvers-sur-Oise et longe alors en permanence la rive droite de la rivière en fond de vallée vers l'amont, jusqu'à la gare de Creil.
Le pont sur l'Oise à Auvers-sur-Oise, d'une longueur de 83 mètres, constitue le seul ouvrage d'art remarquable du tracé.
La ligne est électrifiée comme tout le réseau Nord en 25 kV-50 Hz monophasé, équipée du block automatique lumineux (BAL), du contrôle de vitesse par balises (KVB) et d'une liaison radio sol-train sans transmission de données.
La ligne, exploitée actuellement par la SNCF sous le label Transilien, l'est depuis 1859 en tant que ligne voyageurs de banlieue, sans circulations en situation normale de trains de « grandes lignes » et avec un trafic de marchandises limité. La vitesse limite des circulations est de 120 km/h.
Cinq types de matériels voyageurs y circulent : des automotrices Z 6100, Z 20500 et Z 20900 et, en particulier aux heures de pointe, des rames composées de voitures de banlieue à deux niveaux (VB 2N) ou de rames inox de banlieue (RIB) tractées par des locomotives BB 17000.
La ligne Paris - Lille est ouverte le 20 juin 1846 par la Compagnie des chemins de fer du Nord. Cette ligne passait alors par la vallée de Montmorency avant de bifurquer vers le Nord-Est à Saint-Ouen-l'Aumône et de suivre la vallée de l'Oise. L'itinéraire actuel plus direct par la plaine de France et Chantilly n'a été mis en service qu'en 1859, n'accordant plus dès lors qu'un rôle de desserte secondaire à cet ancien itinéraire.
Sur le réseau Nord, l'électrification arrive sur la ligne Paris - Lille via Creil le 9 décembre 1958 puis sur les lignes Paris - Bruxelles via Compiègne et Paris - Mitry - Crépy-en-Valois en 1963.
La modernisation de l'itinéraire Paris-Nord - Pontoise est alors lancée avec pour but d'améliorer les performances de cette ligne dont la fréquentation est en hausse constante avec l'urbanisation croissante de la banlieue Nord, et de faire disparaître les locomotives à vapeur 141 TC tractant les robustes mais spartiates voitures de type Nord à la fin de 1970. Le 15/04/1969, la traction électrique est en service sur Pontoise - Creil et le 21/05/1969 sur St-Denis - Pontoise, accompagnée de la signalisation par block automatique lumineux.
L'arrivée du matériel Z 50000 dit « Francilien » sur le réseau régional commencera par la ligne H fin 2009, sur laquelle le déploiement doit être terminé fin 2012. Ce nouveau matériel plus performant et accessible aux personnes à mobilité réduite doit permettre de moderniser la desserte de la ligne en réformant les anciennes automotrices inox Z 6100 et les rames inox de banlieue. Si ce déploiement ne doit en principe pas concerner directement la relation Pontoise - Creil (hormis les trains de la liaison radiale entre Valmondois et Persan-Beaumont), la radiation des anciens matériels en fin de vie pourrait entrainer le détachement sur cette relation de rames inox de banlieue ou éventuellement d'éléments Z 6400 de la banlieue Saint-Lazare afin d'assurer les dessertes. Toutefois, en 2010, les quais des gares d'Épluches, Pont-Petit, Auvers-sur-Oise, Bruyères-sur-Oise, Boran-sur-Oise, Précy-sur-Oise et Saint-Leu-d'Esserent ne sont pas équipés de caméras pour l'équipement à agent seul (EAS), permettant au conducteur de surveiller la montée par le biais d'écrans au sol ou en cabine.