Die S-Bahn Hamburg ist ein Eisenbahnsystem für den Personennahverkehr im Großraum Hamburg. Sie gehört mit der U-Bahn, der AKN und den Zügen des Regionalverkehrs (RB und RE) zum Angebot des Schienenpersonennahverkehrs in der Hansestadt und ihrem Umland. Als einzige S-Bahn Deutschlands verwendet das Hamburger System sowohl Gleichspannung (1200 V), die von einer neben dem Gleis angebrachten, seitlich bestrichenen Stromschiene entnommen wird, als auch – auf der Außenstrecke nach Stade – Wechselspannung (15 kV, 16,7 Hz), die über konventionelle Oberleitung bezogen wird. Das Hamburger S-Bahn-Netz ist durchgehend normalspurig.
Das Streckennetz der Hamburger S-Bahn hat eine Länge von rund 144,4 km (exakte Streckenlängen s. u.), davon rund 100 km in Hamburg, rund 28,4 km in Niedersachsen und rund 16 km in Schleswig-Holstein.
Das Netz ist im Wesentlichen radial strukturiert mit zwei in Ost-West-Richtung verlaufenden Stammstrecken – der nördlichen Verbindungsbahn und der südlichen City-S-Bahn –, die zwischen dem Hauptbahnhof und dem Bahnhof Altona die innere Stadt erschließen und an die sich im Westen zwei und im Osten drei Streckenäste anschließen, die bis auf einen in das Hamburger Umland reichen.
Wie zahlreiche andere deutsche S-Bahn-Netze ist auch das System in Hamburg durch seine hohe Taktfrequenz und die gute Erschließung des Stadtgebiets ein bedeutender Träger des städtischen Nahverkehrs. Die Bedeutung für den Regionalverkehr ist bislang gering, da das Netz hauptsächlich auf Hamburger Stadtgebiet liegt und lediglich der südwestliche Streckenast der Linie S5 weiter in das Umland reicht. Mit den in Umsetzung befindlichen Erweiterungen des Netzes nach Bad Oldesloe und Kaltenkirchen (siehe hier) sowie durch weitere geplante Erweiterungen in das schleswig-holsteinische Umland (siehe hier) wird die Rolle der S-Bahn im Regionalverkehr jedoch absehbar wachsen.
Etwa 113,4 km des Netzes sind über Stromschiene für den Gleichstrombetrieb elektrifiziert und vom sonstigen Eisenbahnverkehr getrennt. Der rund 30½ km lange Streckenabschnitt zwischen Neugraben, Buxtehude und Stade wird im Mischbetrieb mit dem Regional- und Güterverkehr bedient und über Oberleitung mit Wechselstrom betrieben. Innerhalb des Gleichstromnetzes sind rund 12½ km als Tunnelstrecken angelegt und 8,8 km eingleisig ausgeführt. Auf der im Mischbetrieb betriebenen Außenstrecke finden sich keine Tunnelabschnitte und mit Ausnahme der Stumpfgleise an den Endpunkten Buxtehude und Stade keine eingleisigen Abschnitte.
Das Streckennetz der Hamburger S-Bahn besteht aus folgenden Strecken und Streckenabschnitten:
Zwischen Dezember 2004 und dem 13. Januar 2023 fuhren einzelne Kurse der Linie A1 der AKN morgens und nachmittags über ihren Regelendpunkt Eidelstedt hinaus über die Verbindungsbahn zum Hauptbahnhof und benutzten dabei die Gleise der S-Bahn. Die AKN setzte dabei auf dieselelektrischen Triebwagen basierende Zweikrafttriebwagen ein, deren Stromversorgung im S-Bahn-Netz über Stromschiene und auf den nicht elektrifizierten Strecken im Hamburger Westen und in Schleswig-Holstein über Dieselaggregate erfolgte. Die AKN hatte damit in gewisser Weise die Einführung des Zweisystembetriebs der S-Bahn vorweggenommen, die offiziell erst am 9. Dezember 2007 mit der Netzerweiterung in das südwestliche Hamburger Umland nach Buxtehude und Stade erfolgte. Mit Beginn des Ausbaus der Strecke der A1 für den S-Bahn-Betrieb (siehe hier) wurde dieser Mischbetrieb jedoch aufgegeben.
Die S-Bahn Hamburg GmbH betreibt die fünf Linien S1, S2, S3, S5 und S7. Die S2 ist dabei eine Verstärkerlinie zur Hauptverkehrszeit. Die Lücken in der Nummerierung ergeben sich aus der Berücksichtigung der künftigen Linien S4 und S6, die 2027 (siehe hier) bzw. 2029 (siehe hier) den Betrieb aufnehmen sollen.
Im Netz der Gleichstrom-S-Bahn gab es nach der HVV-Gründung 1967 bis zum Jahr 1975 zwei Linien: Die S1 fuhr von Poppenbüttel über Dammtor und Altona nach Blankenese und Wedel, die S2 verkehrte von Aumühle (ab 1969) bzw. Bergedorf über Dammtor mit Umfahrung von Altona nach Elbgaustraße und Pinneberg.
Nach Fertigstellung des ersten Abschnitts des City-Tunnels vom Hauptbahnhof bis zu den Landungsbrücken wurde diese Strecke von der Linie S10 bedient, die von Ohlsdorf (in der Hauptverkehrszeit teilweise ab/bis Poppenbüttel) verkehrte. Zudem gab es in der Hauptverkehrszeit Verstärkerzüge auf dem Abschnitt Landungsbrücken – Bergedorf, die zuerst ebenfalls als S10 bezeichnet wurden. Während dieser Zeit verkehrten die Linien S1 und S2 weiterhin über Dammtor und die Verbindungsbahn. Auf den Linienanzeigern, die in den Fahrzeugen der Baureihen 470 und 471 hinter das mittlere Frontfenster gesteckt wurden, war zudem eine Liniennummer S20 vorhanden.
Mit Fertigstellung des City-Tunnels im Jahr 1979 wurden die Linie S10 eingestellt und die S1 und S2 in den City-Tunnel verlegt; die Verbindung über Dammtor wurde von der neueingerichteten S11 übernommen. Nach Inbetriebnahme der Harburger S-Bahn wurde die S2 im City-Tunnel durch die S3 ersetzt und unter der neuen Bezeichnung S21 über Dammtor geführt, in der Hauptverkehrszeit zunächst noch bis Pinneberg. Die Bezeichnung „S2“ wurde danach nur noch für Verstärkerfahrten in der Hauptverkehrszeit durch den City-Tunnel bis Altona verwendet, zunächst ohne Halt zwischen Rothenburgsort und Nettelnburg (später Allermöhe).
Mitte der 1980er Jahre wurde die S11 zur reinen Verstärkerlinie. Den Regelbetrieb auf der Verbindungsbahn übernahm die neugeschaffene S31. Die damit hergestellte Linienstruktur mit vier Haupt- (S1, S21, S3, S31) und zwei Verstärkerlinien (S11, S2) und Führung der einstelligen Linien über den City-Tunnel und der zweistelligen über die Verbindungsbahn wurde im Wesentlichen unverändert bis zum Fahrplanwechsel am 10. Dezember 2023 verwendet.
Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden bis 2002 zudem Züge auf Strecken des Regionalverkehrs ebenfalls als S-Bahn bezeichnet; Linienbezeichnungen erhielten sie nach Einführung des Gemeinschaftsfahrplans des HVV. Die S4 (heute RB81) verkehrte mit lokbespannten Zügen zwischen Hauptbahnhof und Ahrensburg, die S5 zwischen Altona bzw. Pinneberg und Elmshorn (RB71 und RB61), und – vor Verlängerung der elektrischen S-Bahn nach Aumühle im Jahr 1969 – die S6 zwischen Bergedorf und Friedrichsruh (RE1). Die Bezeichnung „S3“ trugen ursprünglich die Regionalzüge zwischen Hauptbahnhof und Maschen sowie Neugraben (RE5 und RB31). Nach Eröffnung der Harburger S-Bahn 1983/1984 wurden sie, wie auch die Nahverkehrszüge nach Hittfeld (RB41), als Linie „zu S3“ geführt. Entsprechend liefen die Fahrten zwischen Aumühle und Friedrichsruh unter der Bezeichnung „zu S21“.
Am 10. Dezember 2023 wurde die ehemalige S21 in S2 und die ehemalige S31 in S5 umbenannt, um ein für Stadtfremde einfacher verständliches Liniensystem zu bieten. Zudem wurde die S3 nach Neugraben verkürzt und die S5 bis Stade verlängert, um die von starken Verspätungen geprägte Harburger Bahn zu entlasten. Auch der nordwestliche Zielort der neuen S2 und S5 wurden vertauscht, um die Verspätungen der S2/S21 zu verringern: So fuhr die neue S2 von Aumühle nach Altona und die S5 von Stade nach Elbgaustraße. Außerdem wurden die zeitweiligen Verstärkerlinien S2 und S11 abgeschafft, um die unter anderem aufgrund des Streckenwechsels im Hauptbahnhof entstandenen Verspätungen zu verringern. Stattdessen verkehren nun zur Hauptverkehrszeit weitere S1 zwischen Poppenbüttel und Blankenese (über Jungfernstieg) beziehungsweise S2 zwischen Bergedorf und Altona (über Dammtor).
Im Sommer 2025 musste das Liniennetz angepasst werden, da aufgrund von Brückenschäden der Streckenabschnitt Altona–Holstenstraße seitdem nur in Richtung Holstenstraße befahrbar ist. Die Linie S2 verkehrte daher vom Hauptbahnhof in Richtung Altona stattdessen über den City-Tunnel, in der Gegenrichtung konnte die Verbindungsbahn weiterhin genutzt werden. Die Verstärkerzüge von und nach Bergedorf fahren weiterhin in beiden Richtungen über die Verbindungsbahn, beginnen und enden jedoch abweichend in Diebsteich anstatt in Altona. Zum Fahrplanwechsel im Dezember 2026 wurde die Linienbezeichnung S7 für die Fahrten im Einrichtungsbetrieb über Altona eingeführt. Die Fahrten zwischen Bergedorf und Aumühle behielten die Liniennummer S2. Ab Dezember 2026 soll die S2 wieder ganztags von Altona nach Aumühle fahren und die S7 wird eingestellt.