Die Elsenztalbahn verdankt ihren Namen dem 53 km langen Fluss Elsenz, einem linken Nebenfluss des Neckars. Die Elsenz entspringt in Elsenz, einem Teilort von Eppingen, und mündet in Neckargemünd, etwa 12 km östlich von Heidelberg, in den Neckar. Die Bahnstrecke durchquert zunächst den südlich des Neckars gelegenen Kleinen Odenwald und anschließend die Hügellandschaft des Kraichgaus.

Teil 2: Der Zweig nach Sinsheim und Bad Rappenau ging 1868 in Betrieb, die Verlängerung nach Bad Friedrichshall-Jagstfeld, wo die Elsenztalbahn wieder den Neckar erreicht, folgte ein Jahr später. In Jagstfeld besteht Anschluss an die Frankenbahn (KBS 780) nach Heilbronn und Stuttgart. In Sinsheim-Steinsfurt zweigt eine weitere Nebenbahn nach Eppingen ab, die 1900 eröffnet wurde.

Die Elsenztalbahn ist ab Meckesheim nur eingleisig. Mit der Erweiterung der S-Bahn Rhein-Neckar bis Eppingen (S5) im Jahre 2009 wurde die Gesamtstrecke elektrifiziert und für den S-Bahn-Betrieb ausgebaut.