Die Unstrutbahn verläuft in Sachsen-Anhalt durch den westlichen Teil des Burgenlandkreises und in Thüringen durchquert sie den Ostteil des Kyffhäuserkreises. Auch die Bahn-Verwaltungsstruktur der Unstrutbahn richtet sich heute nach den Landesgrenzen. Ausgangspunkt hierfür war die im Jahr 1994 durchgeführte Eisenbahnreform in Deutschland und die daraus resultierende Vereinigung der Deutschen Reichsbahn (DR) und Deutschen Bundesbahn (DB), zur Deutschen Bahn Aktiengesellschaft (DB AG). Während vor der Bahnreform, die Bahnstrecke zwischen Naumburg und Artern der Reichsbahndirektion Erfurt als Ganzes unterstellt war, sind heute die Zuständigkeiten auf die unterschiedlichsten Organisationen aufgesplittet.

Seit der Bahnreform 1994 ist die Organisation und Finanzierung des Schienenpersonennahverkehrs ausschließlich Aufgabe der Bundesländer, dafür erhalten sie jedoch Geld vom Bund, die so genannten Regionalisierungsmittel. Die Landkreise sind dagegen für die Finanzierung des Busangebotes verantwortlich. Der ÖPNV ingesamt ist Bestandteil der staatlichen Daseinsvorsorge und soll im Interesse der Herstellung und Sicherung gleichwertiger Lebensbedingungen unter Beachtung des Grundsatzes der Wirtschaftlichkeit und Sozialverträglichkeit organisiert werden. Um den schienengebundenen Nahverkehr möglichst kompetent und effizient zu durchzuführen, haben die Länder Sachsen-Anhalt und Thüringen Nahverkehrsgesellschaften als Aufgabenträger gegründet (NASA Sachsen-Anhalt, NVS Thüringen). Diese Gesellschaften definieren die auszuführenden Leistungen und deren Qualität im schienengebundenen Personennahverkehr der Eisenbahn.

Für die Durchführung der Nahverkehrsleistungen auf der Unstrutbahn haben das Land Sachsen-Anhalt die Züge zwischen Naumburg und Nebra, und das Land Thüringen die Züge zwischen Nebra und Artern bei dem Eisenbahnverkehrsunternehmen Burgenlandbahn bestellt. Nachdem das Land Thüringen die Züge im Abschnitt Nebra-Artern nur bis zum 09.12.2006 bestellt hatte, gibt es in diesem Abschnitt aktuell keinen öffentlichen Personenverkehr mehr. Im Abschnitt der Unstrutbahn von Naumburg bis Nebra hat das Land Sachsen-Anhalt auch im Jahr 2007 Züge im Stundentakt bestellt. Nachdem die Strecke in einer Liste der Eisenbahnstrecke in Sachsen-Anhalt, deren Abbestellung geprüft werden sollte, enthalten war, hat sich das zuständige Verkehrministerium im Hinblick auf den zu erwartenden touristischen Verkehr zum Himmelsscheiben-Erlebniscenter in Wangen bei Nebra für einen Weiterbetrieb entschieden.

Die Burgenlandbahn sorgt als zugelassenes öffentliches Eisenbahnverkehrsunternehmen für die Durchführung der bestellten Nahverkehrsleistungen. Die Burgenlandbahn hält die Triebfahrzeuge vor und wartet sie, sie ist für die Besetzung der Triebfahrzeuge mit Triebfahrzeugführern und Zugbegleitern sowie den Fahrkartenverkauf zuständig und nutzt die Schieneninfrastrukur der Unstrutbahn.

Für die Nutzung der Infrastruktur zahlt die Burgenlandbahn Nutzungsentgelte an die beiden Infrastrukturunternehmen DB Netz AG und DB Station und Service AG. Für die Nutzungsentgelte wartet und betreibt DB Netz AG die Gleise, Signalanlagen, Bahnübergänge, Durchlässe und Brücken; sie besetzt die Stellwerke, Blockstellen und Schrankenposten zu den vereinbarten Verkehrszeiten mit Personal.

Da im Thüringer Abschnitt der Unstrutbahn zurzeit weder Personen- noch Güterverkehr stattfinden, ist der Unterhalt der Strecke für DB-Netz unrentabel geworden. Deshalb hat die DB ein Stilllegungsverfahren eingeleitet. Dabei ist vorgeschrieben die Eisenbahninfrastruktur zur Übenahme durch ein anderes Infrastrukturunternehmen auszuschreiben. Die öffentliche Bewerbungsfrist hat am 30.04.2007 geendet. Nach Angaben der DB sollen sich zwei Interessenten um die Übernahme Strecke beworben haben. Der Ausgang des Verfahrens kann sich noch einige Monate hinziehen. Erst wenn sich keiner der Interessenten tatsächlich zur Übernahme der Eisenbahninfrastruktur entschließt, kann die Strecke stillgelegt - also nicht mehr für den öffentlichen Eisenbahnbetrieb vorgehalten - werden.

Die DB Station und Service AG betreibt die Bahnhöfe und Bahnsteige. Sie sorgt für einen ordnungsgemäßen Zustand der Bahnsteige, der Bahnhöfe und Wartehäuschen, einen Zugang zu den Bahnsteigen, die Beschilderung und Information über das Zugangebot am Bahnsteig.

Die beiden Infrastrukturunternehmen DB Netz AG und Station und Service AG gehören unmittelbar der Deutschen Bahn AG. Während für den Thüringer Teil der Untrutbahn die beiden DB-Geschäftsfelder mit ihren Niederlassungen in Nordhausen aus zuständig waren, sind für den in Sachsen-Anhalt liegenden Teil der Unstrutbahn die Geschäftsstellen in Weißenfels tätig. Übergeordnet finden sich beide Stellen von DB Netz und DB Station und Service in Erfurt, Leipzig und Magdeburg.

Die Burgenlandbahn GmbH gehört zu DB Regio AG Geschäftsbereich Südost, DB Regio gehört wiederum zur DB AG. Der Sitz der Burgenlandbahn war früher in Zeitz und wurde in den letzten Jahren nach Magdeburg verlegt.

Gelände im Unstruttal, das einmal zum Bahnbetrieb gehörte, aber heute dafür nicht mehr erforderlich ist, gehört heute der DB Immobilien GmbH, soweit diese es nicht bereits an andere Eigentümer weiterveräußert hat. DB Immobilien GmbH hat die Aufgabe, Immobilien des DB Konzerns, welche nicht für den Bahnbetrieb genutzt werden, zu verwalten. DB Immobilien tritt somit als Verkäufer, Vermieter oder Verpächter vom ehemaligen Betriebsgelände der Unstruteisenbahn auf. Sitz der DB Immobilien GmbH für die gesamte Unstrutbahn ist in Leipzig.

Der Schienengüterverkehr hat in den letzten Jahrzehnten und besonders seit der Bahnreform enorm an Bedeutung verloren. Die Gründe hierfür sind komplex, eine wesentliche Ursache hierfür ist, dass der Schienentransport gegenüber dem LKW-Transport häufig nicht mehr konkurrenzfähig war. Dies wiederum liegt zu einem großen Teil an der besonderen politischen Förderung des LKWs bei gleichzeitiger gezielter Vernachlässigung der Schiene als Güterverkehrsmittel. Diese Entwicklung hat auch im Unstruttal dazu geführt, dass der früher umfangreiche Güterverkehr komplett zum Erliegen gekommen war. Vorhandene Ladegleise und Gleisanschlüsse werden nicht mehr genutzt und sind zu einem großen Teil bereits abgebaut. Seit 2006 verzeichnet der Schienengüterverkehr jedoch wieder Wachstumsraten und wird unter den sich verändernden Rahmenbedingungen immer wichtiger. Diese neue Entwicklung hat bereits dazu geführt, dass wieder Güterzüge auf der Unterstrutbahn unterwegs sind.