도큐 타마가와선은 일본 도쿄도 오타구의 타마가와역과 카마타역을 잇는 도큐 전철의 철도 노선이다. 노선 거리 5.6km의 짧은 구간을 운행하는 지선이며, 노선 기호는 TM, 노선 색상은 보라색 계열을 사용한다. 전 구간이 오타구 내에 위치하며 주택가와 소규모 공장 지대를 통과하는 지역 밀착형 노선의 성격을 띤다.

본래 이 노선은 메구로역과 카마타역을 연결하던 도큐 메카마선의 일부였다. 그러나 2000년 8월 6일, 메구로선의 대규모 개량 및 도쿄 지하철 난보쿠선, 도영 지하철 미타선과의 직결 운행이 시작되면서 계통 분리가 이루어졌다. 이 과정에서 타마가와엔역(현 타마가와역)을 기점으로 메구로 방면은 메구로선으로, 카마타 방면은 도큐 타마가와선으로 분리되어 독립된 노선 명칭을 갖게 되었다.

노선은 타마가와, 누마베, 우노키, 시모마루코, 무사시닛타, 야구치노와타시, 카마타의 총 7개 역으로 구성된다. 시점인 타마가와역에서는 도큐 도요코선 및 메구로선과 환승이 가능하며, 종점인 카마타역에서는 도큐 이케가미선 및 JR 히가시니혼의 케이힌 도호쿠선과 연결된다. 노선 명칭에서 알 수 있듯이 타마강(다마가와)의 흐름을 따라 선로가 부설되어 있어 주변 풍경이 고즈넉한 편이다.

운행 차량은 주로 3량 편성의 전동차가 투입되며, 현재 7000계와 1500계 차량이 주력으로 운용되고 있다. 모든 열차는 각 역에 정차하는 보통 열차로만 운행되며, 효율적인 운영을 위해 기관사 혼자 승무하는 1인 승무(완만 운전) 시스템을 채택하고 있다. 배차 간격은 출퇴근 시간대에 매우 조밀하게 설정되어 있어 지역 주민들의 통학 및 출근길에 중요한 역할을 담당한다.

도큐 타마가와선은 역 간 거리가 평균 1km 미만으로 짧아 접근성이 뛰어나며, 도심 속의 소박한 철도 분위기를 유지하고 있다. 종점인 카마타역에서는 도큐 이케가미선과 승강장을 나란히 공유하며 동일한 3량 편성 차량이 운행되어 일체감 있는 환승 체계를 보여준다. 과거 화물 수송이나 직결 운행의 중심지였던 역사는 사라졌으나, 현재는 도심 외곽의 안정적인 셔틀 노선으로서 기능을 수행하고 있다.