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 restant marginal. La vitesse limite des circulations est de 90 km/h au maximum jusqu'à la gare de Montigny - Beauchamp et de 120 km/h jusqu'à la bifurcation de Liesse, 60 km/h dans la traversée de la gare d'Ermont - Eaubonne (du PK 13,5 à la halte de Cernay. Ces vitesses limites datent de travaux réalisés en 2001 et 2002. Auparavant la vitesse, depuis la bifurcation d'Épinay, était de 120 km/h, et 100 à la traversée des quais de la gare d'Ermont - Eaubonne en voie directe. Les nouvelles limitations sont une conséquence de la modification de la signalisation, par la suppression de l'indication jaune clignotant afin, officiellement, d'améliorer la régularité des trains (des trains plus lents se rattrapent moins vite).
Cinq types de matériels voyageurs y circulent : des automotrices inox Z 6100, Z 20500 et Z 20900 ; et des rames tractées, en particulier aux heures de pointe, composées de voitures de banlieue à deux niveaux (VB 2N) ou de rames inox de banlieue (RIO), tractées par des locomotives BB 17000.
La ligne se débranche de la ligne Paris - Lille à la sortie de la gare de Saint-Denis, à six kilomètres au nord de Paris. Elle se dirige ensuite en direction du nord-ouest jusqu'à Pontoise, chef-lieu du Val-d'Oise, qu'elle atteint après la traversée de l'Oise.
Le pont franchissant le canal Saint-Denis et le pont sur l'Oise constituent les deux seuls ouvrages d'art remarquables 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 a eu un impact similaire à la plupart des lignes de chemin de fer en Île-de-France. Facilitant et surtout accélérant le transport de marchandises et de voyageurs, elle a provoqué une forte évolution démographique des communes traversées, avec un impact cependant variable, et une évolution de la structure sociale de la population des communes concernées.
L'arrivée de la « nouvelle automotrice transilien » (Z 50000) sur le réseau francilien 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. Il est aussi prévu de rendre accessible les gares les plus fréquentées de la ligne, selon le schéma directeur régional d'accessibilité.