是由
台湾铁路管理局（简称台铁）经营的铁路支线，俗称桃林铁路。昔日仅作为货运支线，近年来由于沿线人口快速增加，而且路线接近台湾桃园国际机场，在机场捷运BOT案失败，由政府收回自建的同时，曾出现提升林口线路线规格，兴建支线连接中正机场，并开行沿台铁路线而行的「台北—中正机场」直达车的构想，但并未被立即采纳。2005年10月27日起，在桃园县政府主导下，协调台铁在本线增设数个简易车站，并行驶免费客运列车。
林口线是为了自台中港载运燃煤至林口火力发电厂而特别设置的货运支线。2005年10月27日起， 桃园县政府以合作方式向台铁租用了两列列车，并由市政府出资增设数个简易车站，命名为桃林铁路，行驶免费客运列车服务沿线的居民。
客运：初期使用DR2700型日本东急制柴油客车（原 光华号车厢），2005年12月26日起改用DR2511与DR2512，但若DR2511与DR2512进厂维修则会使用DR1000型
冷气柴客代跑。由于DR2510型维修困难，缺料问题严重，因此目前使用DR1000型来行驶，预计会一直使用下去。
林口线的兴建主要与林口火力发电厂所需煤原料的运输需求有关；由于沿线工厂林立，所以也兼办其他货运业务。路线完工后初期沿线居民稀少，因此仅设二座车站（五福、林口）；一度试行客运列车后即无疾而终。不过数十年后，沿线芦竹乡的南崁等地发展迅速，公路容量迅速饱和；加上邻近的台湾桃园国际机场有兴建联外轨道系统的构想，使得客运化、高架化、电气化与路线进入台湾桃园国际机场的计划浮出台面。
林口线距离台湾桃园国际机场极近，沿线线型与机场捷运预定路线相比较为良好，也没有路线爬升坡度过大的疑虑，此外，全岛各地乘客均可经由台铁路线到达台湾桃园国际机场，服务范围较广；但也有人认为台铁营运上造成影响的突发事故（如号志故障）过于频繁，列车经常性误点的情形亦未能有效改善，而质疑其经营机场直达列车的能力。对于台铁营运效率的不信任，加上机场捷运台北县境内预定路线沿线居民、地方民代与土地开发业者反弹压力的影响，林口线升级方案最终未获采纳 。
后来桃园县政府编列预算修建月台,整修车辆DR2511 DR2512与台铁合作办理，原本预定于2005年9月28日起试办短程客运，以培养客源。但最后因部分场站工程来不及完成，而延宕至2005年10月27日举行通车典礼（列车仅行驶至桃园高中站），次日才正式通车。另外，中国台湾地区铁道文化协会在正式通车前，曾于2005年10月23日举办活动，包车进入本线。
2006年1月20日出版的台铁时刻表首次出现林口线客运时刻表（前一版为2005年9月30日出版，当时林口线尚未办理客运），但将林口线的英文名称误译为“Linco Line”（依通用拼音应译为“Linkou Line”）。
因配合桃园-中坜段铁路高架化工程，预计在2011年后长达5年期间必须停驶，停驶期间将辟建为
公共汽车专用道，并附带自行车道或人行设施，桃园县政府交通处计划争取桃林铁路规划为公共汽车捷运系统（BRT）之可行性。