北起省海口市，沿着海南东海岸直达三亚市，沿途经过文昌市、琼海市、和陵水黎族自治县长流，于2010年12月30日正式通车运营。运行动车组列车。

总投资约202.24亿元，是海南岛交通史上的"一号工程"，是海南铁路网的重要组成部分，与一起形成海南环岛铁路，对海南岛的交通、经济、文化交流具有重要的作用，使海南的交通网布局更加合理和科学，结束海南东部沿海长期没有铁路的历史。

2017年1月20日，海南东环铁路恢复250时速运行，届时海口至三亚最快只需用时1小时23分。

2018年11月12日，海南环岛铁路实行电子客票服务试点，用二代身份证等证件、电子客票通知单或12306动态二维码可"一扫进站"。

2019年7月1日，利用海南东环铁路开行的海口市郊铁路正式投入运营。