山陽本線を開通させた山陽鉄道による開通区間と美祢軽便鉄道により開通した区間を由来とする路線。最初は厚狭駅から南大嶺駅間及び南大嶺駅～大嶺駅間が軍事的要請により1905年に開通。同区間は山陽鉄道国有化に伴い国有化され大嶺線となった。その後、南大嶺駅から重安駅間を美祢軽便鉄道が軽便鉄道法に基づいて建設し1916年に開通させたが、1920年に国有化のうえ美祢軽便線に名称を変更し、同年に於福駅まで延伸。1922年に改正鉄道敷設法施行に伴い名称から軽便が外れ美禰線となった。於福駅から正明市駅（現在の長門市駅）間は1924年に国により開通し、この際に大嶺線区間も吸収して現在の美祢線の形となった。その後も美禰線は長門市駅から東西に延伸し、貨物支線として仙崎駅までの区間も開通させたが、美禰線として開通した宇田郷駅～阿川駅間及び長門市駅～仙崎駅間は1933年に山陰本線へ編入された。