La linea è gestita da RFI. Il servizio passeggeri è svolto da treni regionaliTrenitalia i quali effettuano la fermata presso le stazioni più importanti. Fanno eccezione le stazioni più periferiche e con scarso movimento viaggiatori, dove le fermate dei convogli risultano sporadiche.
La chilometrica della linea riflette la sua origine storica: da Grosseto si mantiene quella proveniente da Roma Termini fino a Monte Antico ed Asciano; a Monte Antico si trova il chilometro zero della diretta passante per Buonconvento.
La tratta Siena-Buonconvento-Monte Antico ha una storia a parte: concessa nel 1910 alla Société Française de Chemins de Fer en Toscane sulla base di un progetto approvato nel 1906[4], i lavori per la costruzione iniziarono nel 1923[5], dopo che la concessione era passata nel 1921 alla Società Italiana per Imprese Ferroviarie e Lavori Pubblici (SIF) di Roma[6]. Per la costruzione della tratta fu utilizzata in larga parte la sede di una preesistente ferrovia mineraria che dalle miniere di lignite di Murlo portava alla stazione di Monte Antico[7]. Inaugurata il 30 maggio 1927, la linea si attestava presso la stazione di Siena Madonnina Rossa, situata nel punto di confluenza con la linea per Chiusi, in attesa del completamento della nuova stazione di Siena[8]. La linea, distrutta durante la guerra, riprese a funzionare nel 1951[9]; la SIF mantenne la concessione della linea sino alla fine del 1955, quando essa passò alle FS, che la chiusero il 16 giugno 1966[10] a causa dei danni provocati da un'alluvione[11], per poi riaprirla nel maggio 1980, dopo essere stata oggetto di ammodernamenti tecnici con l'introduzione di un sistema di controllo centralizzato del traffico[12].
^Adriano Betti Carboncini, Ferrovie e industrie in Toscana: linee secondarie e industriali in Maremma e nell'isola d'Elba, Calosci, Cortona (AR), 2002, p. 314.
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