도시철도 운영기관은 생산구조가 복잡하고 다수의 공공 서비스를 제공한다. 이러한 특성으로 인하여, 도시철도 운영기관의 효율성을 분석할 때에는 다수의 투입물과 다수의 산출물을 동시에 고려할 수 있고, 변수의 단위에 관계없이 비모수적으로 효율성을 분석할 수 있는 자료포락분석 모형이 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 비방사적 잉여값을 고려한 DEA-SBM 모형을 이용하여 2016년부터 2020년까지 국내 도시철도 운영기관의 효율성을 분석하였다. 이를 위해 인원수, 차량수, 영업비용을 투입변수로, 영업이익 및 고객만족도조사 결과를 산출변수로 사용하였다. 영업이익만을 산출변수로 선정한 효율성 분석 결과, 서울지역의 도시철도 운영기관이 효율적으로 평가되었다. 반면, 고객만족도조사 결과만을 산출변수로 선정한 효율성 분석 결과, 대전과 광주지역 도시철도 운영기관이 효율적으로 평가되었다. 이를 통해 국내 도시철도 운영기관의 경제적 성과에 따른 효율성은 도시 및 운영기관의 규모에 따라 영향을 받지만, 공공적 성과에 따른 효율성은 도시철도 운영기관 스스로 높일 수 있다고 판단된다. 또한, 비방사적 잉여값은 DEA-CCR 모형의 효율성 값 중에서 2.0∼16.0% 수준이 포함되었으며, 국내 도시철도 운영기관의 운영 규모는 적절한 것으로 분석되었다. 본 연구 결과는 도시 철도 운영기관의 발전 방향과 경영 전략에 대한 의미 있는 정보를 제공할 것이다.