San'yō shinkansenin rakentaminen Shin-Osakan ja Okayaman välille hyväksyttiin 9. syyskuuta 1965 ja se alkoi 16. maaliskuuta 1967. Okayaman ja Hakatan välisen radan rakennus alkoi 10. helmikuuta 1970.
Shin-Osaka - Okayama väli avattiin 15. maaliskuuta 1972, loput linjasta avattiin 10. maaliskuuta 1975. Ensimmäiset 0-sarjaa käyttävät Hikari-junat kulkivat Osaka-Hakata välin kolmessa tunnissa, 44:ssä minuutissa. Tämä aika lyheni kahteen tuntiin 59:än minuuttiin vuonna 1986 kun linjan maksiminopeutta nostettiin 220 km/h. 100-sarjan Shinkansen junat, jotka aloittivat liikenteen 1989, lisäsivät nopeuden 230 km/h ja lyhensivät matka-ajan kahteen tuntiin 49:än minuuttiin.
Tokio-Hakatan väliä palvellut Nozomi aloitti toimintansa 18. maaliskuuta 1993, käyttäen 300-sarjan Shinkansen junia. Osaka-Hakata väli kulki nyt maksiminopeudella 270 km/h ja kesti kaksi tuntia 32 minuuttia. 500-sarjan Shinkansen junat alkoivat kulkea Shin-Osakan ja Hakatan väliä 22. maaliskuuta 1997, lyhentäen matkan kahteen tuntiin 17:n minuuttiin 300 km/h maksiminopeudella.
700-sarjan Nozomi esiteltiin 13. maaliskuuta 1999 yhdessä Asan aseman avajaisten kanssa. 11. maaliskuuta 2000 uudet 700-sarjan junat aloittivat liikennöinnin Hikari Rail Star servicellä.
Ōgorin asema nimettiin Shin-Yamaguchin asemaksi 1. lokakuuta 2003.
Nykyään San'yō Shinkansen vastaa noin 40 prosenttia JR Westin matkustajatuloista – saman verran kuin koko Osaka-Kioto-Kōbe lähiliikenne. Kuitenkin linja joutuu jatkuvasti kilpailemaan kovasti lentoliikenteen kanssa, erityisesti Fukuoka-Tokio ja Fukuoka-Osaka linjojen kanssa. Seurauksena JR West on laskenut linjojen hintoja toistuvasti vuosikymmenten aikana ja ottanut käyttöönsä muita keinoja kilpailla lentoyhtiöitä vastaan, esimerkiksi tarjoamalla lyhyempiä junia tiheämpään.
