東海道新幹線の構想は戦前にまで遡る。1939年11月の鉄道幹線調査会答申案は東京〜下関間に「10カ年計画・総予算5億5600万円」「東京〜大阪間4時間半、東京〜下関間9時間運転を目標とすること」（読売新聞 1939/11/07）の弾丸列車を掲げた。戦中の中断を経て、構想を蘇らせたのは1955年に国鉄総裁に就任した十河信二だった。十河は東海道線の輸送限界を訴え、広軌新幹線の建設に踏み切る。「狭軌では速力はでないし、輸送力が少ないし、安全度が低くて危ない」（汎交通 1958/09）との認識を出発点に、「沿線都道府県には全国総人口の約4割が住んでおり、最近では全国人口増加の6割がこの地方に集中し、また製造工業の全国総生産額の6割がこの地区において生産されている」（経団連月報 1958/10）との数字で輸送密度を示した。国鉄全線のわずか100分の3にすぎない東海道線が全国の旅客貨物輸送量の4分の1を運ぶ実態が、新線建設の前提だった。

世論は懐疑的で、政界からも「党としては新線の建設には反対しないが、国家的な大事業が、一部政府機関のみの独断で行われる危険」（読売新聞 1959/02/04）との批判が出た。十河は世銀借款の獲得で計画を後戻りできない地点まで持ち込みにかかる。借款交渉時、十河は「絶対必要の仕事ならば、金なんか神さまがどうにかしてくれる」（蔵前工業会誌 1967/02）と語り、政府保証を取りつけた。実際に建設費は当初予算1972億円から3800億円へと膨張し、1963年5月には「東海道新幹線の予算が800億円も不足するという。しかも補正予算950億円を組んでのうえである。およそ企業としては考えられない数字である」（読売新聞 1963/05/28）と批判を受けた。十河は完成を見ずに総裁を退任し、開業セレモニーには招かれなかった。

東海道新幹線は1964年10月1日に開業した。当時の報道は「限りなき期待と、希望に満ちた東海道新幹線広軌515キロは、1日午前6時、東京、新大阪両駅から超特急『ひかり1号』『ひかり2号』が発車して正式に営業を開始した」「着工以来5年5ヶ月、弾丸列車の構想がたてられてから約四半世紀に当たる26年目」（読売新聞 1964/10/01）と伝えた。輸送密度は当初想定を超えて推移し、東海道新幹線は国鉄の数少ない黒字路線として全国の赤字ローカル線を支える構造となる。1980年代の国鉄累積債務問題のなか、1987年4月の国鉄分割民営化でJR東海が設立された。東海道新幹線（東京〜新大阪間515.4km）と東海エリアの在来線を引き継ぎ、収益基盤として東海道新幹線を抱える形で発足した。新会社は当初から、収益性のある単一路線と過大な債務という相反する性格を同居させていた。

JR東海の経営は東海道新幹線の収益に依存する。2006年3月期のセグメント別では運輸業の利益が3271億円で全体の94%を占め、不動産業128億円、流通業55億円は補完的な規模にとどまった。東京〜大阪間のビジネス需要は景気に連動するが、人口と経済活動が集中する三大都市圏を結ぶ路線としての代替性のなさが、安定した高収益を支えた。同時に、発足時には国鉄債務の重い割り当てが課された。後に葛西敬之は「収益力のあるJR東海は東海道新幹線の価格を2兆円以上も上回る5.1兆円もの債務を割り当てられたのです。世界中探しても、これほど過重な債務を政府に背負わされた民間企業はないと思いますね」（日経新聞 2005/01/20）と語り、民営化スタート時の財務負荷を批判した。高収益路線と過大債務の併存がJR東海の最初の経営課題だった。

新幹線施設は当初リース方式で、JR3社が新幹線鉄道保有機構へ「年間リース料は7000億円で、負担割合はJR東海60％、JR東日本30％、JR西日本10％」（日経新聞 1990/10/20）の比率で支払う構造だった。1991年10月にこの保有機構から東海道新幹線の鉄道施設を譲り受け、リースから自社保有に移行した。これで車両更新やダイヤ改正を自社判断で実施できるようになる。1992年3月に「のぞみ」を300系車両で運転開始し、東京〜新大阪間を2時間30分に短縮した。1999年に700系車両を投入し、2003年10月の品川駅開業では始発駅を2駅体制に拡大し、全列車270km/h運転のダイヤ改正を実施した。品川駅は首都圏南部からのアクセスを改善し、東海道新幹線の輸送能力を引き上げた。施設保有・車両・ダイヤの全てを自社判断で動かせる体制へ、約15年かけて移行した。

1997年10月、設立から10年で名古屋・東京・大阪の各証券取引所に株式を上場した。JR東日本（1993年上場）より4年遅い。同年4月には山梨リニア実験線で走行試験が始まり、超電導リニア技術の実証段階に入った。後にリニア中央新幹線として結実する技術が、上場と同じ年に実走行へ入った。リニア実験と並行して名古屋駅の再開発も進み、1999年12月にJRセントラルタワーズが竣工した。ジェイアール名古屋タカシマヤとマリオットアソシアホテルを核とする複合施設で、名古屋駅前の景観を変えた。本社を構える名古屋駅は、JR東海にとって東京・新大阪と並ぶ収益拠点へと位置づけが変わった。

2001年12月にJR会社法の適用対象から除外され、法的な政府関与が解除された。新幹線関連の有利子負債は依然重く、2004年9月末で「JR東海で3兆9759億円」（日経金融新聞 2004/12/09）に達した。2005年7月に鉄道・運輸機構が保有する60万株が売却され、翌2006年4月に残り約28.7万株が売却されて完全民営化を達成した。1987年の発足から19年、JR本州3社で最も遅い完全民営化となった。2008年10月には日本車輌製造を連結子会社化し、東海道新幹線の車両を自社グループで設計から製造まで一貫して手がける体制を築いた。新幹線車両という基幹資産の内製化は、後のN700系・N700S開発で車両仕様の自由度を担保する重要な基盤となった。

リニア中央新幹線は国家プロジェクトではない。JR東海が全額自己負担で建設する、鉄道史上前例のない経営判断である。2011年5月、国土交通大臣がJR東海を品川〜大阪間の営業主体・建設主体に指名し、建設を指示した。2014年10月に品川〜名古屋間の工事実施計画（その1）が認可され、本格着工に移行した。当時の報道は「2027年の開業を目指す。総事業費5兆円にのぼる巨大プロジェクトが国の基本決定から41年を経て動き出す」（日経新聞 2014/10/17）と伝えた。当初の総工費は品川〜名古屋間で約5.5兆円、名古屋〜大阪間を含めた全線で約9兆円と見積もられた。鉄道会社が単独で数兆円規模の新規路線を作る前例は世界にも乏しく、東海道新幹線という安定した収益源を持つJR東海ならではの判断だった。

巨額投資を支えるのは東海道新幹線のキャッシュフローである。2016年11月、名古屋〜大阪間の前倒し開業を目的に、財政投融資を活用した3兆円規模の長期借入を申請した。これで有利子負債は2016年3月期の1兆3383億円から2018年3月期の4兆3551億円へ増えた。JR東海はリニア建設のため自社の財務構造を作り変えた格好となった。完全民営化からわずか10年で、再び長期の政府系融資に依存する構造へ戻ったとも言える。東海道新幹線の利益がリニアの建設費に転化される構造が、以後の経営を規定している。リニアが完成するまで数十年単位で続くこの建設サイクルは、株主還元やほかの事業投資への配分を強く制約した。

リニア建設と並行して、東海道新幹線自体の高速化・高頻度化も進んだ。2007年7月にN700系車両を投入し、車体傾斜装置でカーブ区間の速度を引き上げた。2013年にはN700A（Advanced）を追加投入、2015年3月に全列車の最高速度を285km/hに引き上げた。2020年3月にはフルモデルチェンジのN700S車両を投入し、「のぞみ12本ダイヤ」── 1時間あたり最大12本の「のぞみ」運行を達成した。利用者数は2016年度に「過去最高を更新した見通し」（日経新聞 2017/04/06）と報じられ、当時の柘植康英社長は「東海道の沿線に集中している輸出企業が円安を背景に引き続き堅調だったことが要因」「東海地区には自動車や電機など輸出産業が集まっており、円安は追い風だ。ちなみにグリーン車の伸びは普通車を上回っており、これも企業業績の好調さの反映だと思う」（日経新聞 2017/01/09）と背景を説明した。沿線産業と新幹線収益の連動性が経営の前提として明示された場面である。

2019年3月期の連結営業収益は1兆8781億円、純利益は4387億円で過去最高を更新した。運輸業のセグメント利益6648億円は全体の約94%を占めた。不動産業は202億円、流通業は96億円と、多角化の規模はJR東日本・JR西日本に比べて小さい。JR東海にとっての多角化とは、名古屋駅周辺の不動産開発（JRセントラルタワーズ、JRゲートタワー）やホテル事業を通じて、東海道新幹線の利用者を自社グループ内で取り込む垂直統合に近い性格を持つ。新幹線本体の収益性が高いため、関連事業を新幹線需要に同心円的に集積する戦略が成立した。逆にこの構造は、新幹線需要そのものが揺らいだ場合の脆弱性を内包しており、その弱さは翌2020年から始まるコロナ禍で表面化する。