在E231系前，JR东日本及其前身日本国有铁道在首都圈的路线可分为两种：服务首都圈内地区的通勤路线和连接首都圈和近郊地区的近郊路线。一直以来，这两种路线所使用的列车 ，一般都是分开设计 ，以适应不同路线的需要。可是，在国铁分割民营化后 ，JR东日本已成为一家上市公司 。为了对股东负责 ，需要减省成本开支 。
而事实上，虽然通勤型列车和近郊型列车的编组长度不同 ，但在设计上其实非常相似（相异点在于性能需求和车厢配置）。为了减低设计和维修成本 ，JR东日本遂决定设计一种性能上能对应两种路线的列车 。为了显示E231系与以往的各型列车并不相同，JR东日本把E231系自成一个类别（即“一般型电力动车组”） ，不属于通勤型和近郊型 。 E231系的车体设计沿用E217系（也应用在209系500番台）的阔身车体（阔度：2,950毫米） ，而800番台列车则因为需要对应地下铁路段隧道较窄的环境，则采用窄身车体（阔度：2,800毫米）。这种共用车体的方式令车体能被大量制造 ，这样就能减低车体的生产成本 。另外 ，车体离地高度从上一代的1,180毫米，减低至1,165毫米（900番台除外），令列车和月台的高度（1,100毫米）逐渐接近 。这样能令乘客（主要是行动不便和携带行李的乘客）上下车时更方便。
所有车体均以轻量化不锈钢制造 ，而车头结构则沿用上一代以玻璃钢制造的盖板 。车窗从上一代单块车窗改为两块车窗 ，并透过容许其中一边开合，让乘客在需要时打开车窗 ，加强空气流通 。车窗玻璃使用能阻隔红外线和紫外线的玻璃（900番台除外） ，而这种玻璃的颜色也和209系的有所不同（209系：灰色，E231系：绿色）。透过减少红外线透入车厢内 ，令日间的车厢温度不会大幅度上升 ，也就减少对电力的需求 。而减少紫外线透入车厢内则能省略窗帘结构，降低制造成本 。
而制造制度方面也和上一代新系列车辆一样 ，容许制造商以自己的方式制造车辆。因此不同的制造商的产品之间在细节及车体外观（如部件接合点、雨水疏导管 、内部装潢等）上均有些微差异。此外 ，由于部分型号生产期较长，随着一些新技术研发成功 ，JR东日本会在生产过程中微调设计 ，令同型号但不同时期制造的列车也有外观上的差别 。
与上一代车辆比较，E231系安装了较大的排障器 。2005年起，随着新设计（V字型）的强化型排障器开始制造 ，新制列车（均为近郊型）均改用新型排障器。而已投入服务的列车也于2007年起陆续更换新型排障器 ，以减低列车在平交道事故中所受的损害 。 第一代新系列车辆有两个型号：209系和E217系 。作为通勤型列车的209系，为了拥有在市区行驶时需要的足够加速度 ，牺牲了最高速度（齿轮比：7.07 、最高速度：每小时110公里 ，起动加速度：每秒2.5公里每小时）。而作为近郊型列车的E217系，则为了能高速行驶 ，牺牲了加速度（齿轮比：6.06、最高速度：每小时120公里 、起动加速度：每秒2.0公里每小时） 。
为了使列车适合两种路线 ，E231系的设计揉合了两种第一代新系列车辆的规格 。透过采用性能更高的电动机（转速更高的MT73型电动机）和变频器（电动机控制系统），编组方式和上一代新系列车辆相同（4M6T）的E231系通勤型列车能兼顾高加速度和极速表现（齿轮比：7.07 、最高速度：每小时120公里、起动加速度：每秒2.5公里每小时）。而部分路段对列车型能要求更高 ，故500番台和800番台的编组中增加动车的比例 ，以提升列车的性能表现 。近郊型列车的起动加速度不及通勤型（起动加速度：每秒2.3公里每小时），但仍比E217系有所提升 。
转向架和209系一样 ，采用DT61/TR246系列轴梁式无枕梁转向架。近郊型列车由于需要长时间高速行驶 ，绿色车厢均安装了车厢减摆器，避免转向架带动车体摆动，令乘客感到不适 。而近郊型其他车厢则已预留安装减摆器的位置 ，待有需要时安装 。此外 ，所有车头均安装了停车制动装置，长期停泊时不需再使用止动楔固定列车。
E231系的制动系统和上一代新系列车辆一样 ，采用电传操纵空气制动和再生制动 ，动车在停定前均可透过再生制动抵销部分加速时所消耗的电力。而山手线用500番台及用以和东京地下铁东西线相互直通运行的800番台则采用了再生制动效果更佳的纯电子制动 。此外，全线E231系也安装了紧急制动系统和紧急列车保护装置 ，在意外发生时减低损害 。空气压缩机则采用在209系 、E217系表现良好的德国Knorr-Bremse制低噪音涡卷式压缩机。
集电弓方面 ，全线列车均采用PS33B型单臂式集电弓，折叠后车身全高为3,980毫米 。令全线E231系列车均能对应高尾站以西 ，狭窄隧道众多的中央本线路段 。
而E231系的最大突破是把车上所有机器（紧急制动系统除外）的控制装置均整合至一个称为列车资料管理系统（Train Information Management System ，简称TIMS）的系统。而所有机器的状态和运作数据均会透过RS-485缆线（传送速度：2.5Mbps）传送回系统，并显示在主控台的TIMS专用液晶体显示屏上 。在制造层面 ，这个系统大幅度简化了车厢的配线 ，故能节省工时和车辆的制造成本 。在行驶层面，驾驶和乘务均能透过屏幕随时得知列车的情况，而系统的自我诊断功能也能协助首班车长简化离厂前的检查程序。维修方面 ，系统的自我诊断和运作纪录功能可协助修理员了解装置的情况和找出问题所在 ，令检查和维修工作更快完成 。
900番台初期被归类在209系，称为“209系950番台 ” ，是E231系量产前的试制列车 。900番台只有1列10辆编组 ，分别由东急车辆（1－5号车厢）及JR东日本新津车辆制作所（6－10号车厢）制造，1998年10月投入服务。在量产车投入服务后 ，JR东日本随即为900番台进行量产化改装工程 ，车厢设备换上量产车所安装的部件，以简化管理 。改装工程完成后 ，本列车的型号也被修改为E231系900番台 ，正式成为E231系的一员 。
自1992年以901系（后改称为209系900番台）开发出首代新系列车辆，其衍生型号——209系 、E217系和E501系经过5年服务 ，已确立通勤型列车的技术基础。同时 ，由于陆续出现新技术，故需要引入作为第二代新系列车辆的技术基础。而900番台列车就是为了测试这些技术而制造的列车 。
900番台列车的车体的基本构造跟209系500番台分别不大，但控制及动力系统则如“概要 ”一段 ，采用性能更佳的产品 ，再加上车上的TIMS，令900番台列车为E231系确立了技术基础 。而作为试制车 ，900番台列车的主要任务就是试验两款电动机控制系统 ，包括三菱电机的三段式变频器（其后安装在通勤型列车）和日立制作所的两段式变频器（其后安装在近郊型列车），造成在900番台列车内出现两种两种起动音的特别情况。外观上900番台和209系500番台的最大分别是其车头正面结构以银色为主色（209系500番台的车头正面结构是以白色为主色）和贴上6门车厢“6Doors”的标志 ，但同时保留了209系500番台在两边车头首道车门侧贴上黑色“JR ”的标志 ，这和量产型E231系的外观有些不同 。
列车编组方式和209系500番台相同（4M6T），唯一不同的是把5号车厢改为6门车厢 ，增加繁忙时间的载客量 。此外 ，为了加强6门车厢的通风，除了一般的通风系统外 ，6门车厢的连接面也增设通风孔。6门车厢在平日首班车至早上10时前均收起座位 ，10时后则由乘务员控制打开座位 。
现时列车被配置于三鹰车辆中心，运用方式和量产车及209系500番台相同 。 500番台列车是为了更换山手线的205系列车而制造，其最终目的是把山手线列车的讯号系统全面升格为数码化自动列车控制装置（Digital ATC） ，并应付繁忙时间日渐增加的客流。500番台所有列车均有新津车辆制作所承造 ，首列列车于2002年4月21日投入服务 。在2005年4月17日完成更换所有205系时，总共制造了52列11辆编组500番台列车（编组编号：501－552） ，全数配置于东京综合车辆中心（前称山手电车区） 。
山手线是首都圈最重要的铁路路线之一 ，每天乘客数以百万计。虽然山手线的站间距离短，但繁忙时间时需以非常频密的班次以疏导沿线大量乘客 。而500番台列车正是为了达成这个目的而特制的列车 。
为了和0番台列车区分 ，500番台列车的车头盖板设计和0番台列车略有不同。除了采用白色为主色外 ，也调换了前方照明灯和尾灯的位置。此外，由于山手线是环状线 ，500番台列车的方向幕采两行显示 ，上方为列车行驶方向（会在行驶时更新，显示方式请参阅山手线#运行方向的表示） ，下方则显示“山手线 ” ，和其他E231系列车交替显示行驶路线和目的地有所不同 。
编组方面，为了应付山手线频密班次和行驶时经常加减速的情况，500番台列车编组增加了动车的比例（6M5T） ，令500番台列车拥有比0番台高的起动加速度（500番台：3.0km/h/s ，0番台：2.5 km/h/s） 。此外，为了增加列车在繁忙时间的运载能力 ，500番台列车编有两个6门车厢（7、10号车厢） ，比205系更多。这些6门车厢在车门上方的车体均贴有“6Doors”的字样，以兹识别 。至于车厢内的座椅编排 ，则和中央 、总武缓行线用0番台列车的6门车厢一样 ，也设有电动座椅开闭装置，由乘务员控制座椅的开闭 。6门车厢的座椅在平日首班车至早上十时均是关闭状态 ，在其他时间才会开放使用。
制动系统则采用“纯电子制动 ”系统 ，由于其再生制动的有效速域较广，令500番台列车的节能功效更明显 。而其他规格则与通勤型相若 。
至于车厢内部 ，500番台列车的最大特色是以液晶体显示屏（通称为“Train Channel ”）取代原有的LED列车资讯显示板。每道车门上方均安装两台液晶体显示屏 ，右边的屏幕显示列车行驶资讯（行驶方向 、下一站、所需时间 、停站时车门打开方向等）和延误资讯（如有），左边的屏幕则长期播放广告 、新闻、天气预报等资讯 。其中列车行驶资讯均为英日双语显示，以方便外国游客 。这个服务大受欢迎 ，并为日后E233系全面采用。
在制造过程中 ，JR东日本曾对列车的规格有些微更改 。从第4列制造的列车开始，列车全面采用冷冻力较强的AU726型空调（原本只安装在6门车厢） 。为了应付增加的电力需求 ，需要在原本设计中不加装电力设备的5号车厢加装辅助电源装置（变压器）。至于以原设计制造的首3列列车则暂未有更换的计划。另外 ，在第17列制造的列车起，车厢间的隔门从原本手动开关方式改为800番台首次采用的倾斜式（可自动关闭） 。
值得一提的是 ，当500番台列车陆续投入山手线服务的时候 ，引起了JR东日本旗下列车的大规模转配潮——被取代的205系并没有被全数拆毁，而是在重组或改装后转到其他路线以取代老化的103系等老化列车 。再加上JR东日本其他路线的205系列车的转配 ，形成这个罕见的列车转配潮。当时转配的205系现时大部分仍在其他路线服务 。
2007年起 ，随着JR东日本列车采用更新的排障器，500番台列车的排障器也更换成大型V字的排障器（新设计的正面形状近似原有设计） 。此外 ，优先席区域的吊环扶手也被更换成E233系的三角形吊环扶手。所有更换工程均已于2008年春季完成 。另外 ，2007年间有部分列车被安装了京滨东北线用209系所安装的月台检测装置作试验，但其后已被拆除 。
2010年起，JR东日本将分阶段在山手线沿线车站安装月台幕门和列车定位停止装置（TASC）。但由于山手线和京滨东北线在修理两线平行路段（田端－田町）的路轨时会共用月台 ，故月台幕门需迁就京滨东北线列车的编组方式 ，只能安装对应一般4门车厢的幕门 。因此，500番台列车中的两个6门车厢将会被更换为一般4门车厢 。至于怎样处置多出的6门车厢 ，JR东日本暂时未有公布。 800番台是为了更换与东京地下铁东西线相互直通运行的103系1000番台、1200番台和301系而开发的型号 。800番台列车由东急车辆和川崎重工业制造 ，当初预订制造8列10辆编组列车，但因为其后JR东日本削减了直通东西线的班次 ，故只制造了7列 。全数列车均于2003年出厂 ，均被配属于三鹰车辆中心（编组编号：K1－K7）。800番台列车于2003年5月1日投入服务，6月已完全取代103系和301系 ，成为现时JR东日本直通东西线班次的唯一列车型号。
由于上一代209系的1000番台也是为直通东京地下铁路线（千代田线）而设计的 ，因此800番台列车的设计也和209系1000番台有不少共通之处 。首先，为了迁就地下铁建筑界限 ，800番台列车采用了窄身车体（阔度为2,800毫米） ，成为E231系中唯一采用窄身车体的型号 。而车头正面结构的设计也是沿用209系1000番台的版本。行车设备方面，除安装了对应东京地下铁的讯号系统（如4号车厢的连结面安装了红外线接收器）外，也在两边驾驶室设置了紧急逃生门 ，和在驾驶室安装驾驶失知制动装置（Dead Man Switch）等东京地下铁的标准配备 。另外 ，由于使用东西线的乘客众多，800番台列车安装了车外扬声器以加快乘客上下车的效率 ，是JR东日本首次安装此系统的列车（同系其他列车均只预留安装空间） 。这些都是800番台列车在E231系中独有的装备。
讯号系统方面 ，由于东西线的讯号系统与东叶高速线共通，所以理论上800番台列车可在与东西线相互直通运行的东叶高速线行驶 ，但因为尚未有三线相互直通运行的协议 ，故实际上800番台列车仍未有驶进东叶高速线的纪录 。
由于集电弓采用E231系标准的PS33B型单臂集电弓，令800番台列车能在狭窄隧道较多的高尾以西中央本线东段行驶 。而川崎重工制ミツK4编组也曾于2003年4月在盐山至甲府段试车。
列车编组方面 ，根据JR东日本和东京地下铁有关中央 、总武缓行线和东西线直通运行的协议 ，双方使用的车辆均需拥有3.3km/h/s的起动加速度 。因此800番台和500番台列车一样，拥有较高的动车比例（6M4T） 。
车厢设备方面 ，基本上和其他通勤型型号一致。不同的部分包括方向幕显示 、车厢广播和倾侧式间隔门 。车头的方向幕在所有路段均固定为“地下铁东西线直通” ，而车厢内的显示板则只在JR路段内（包括中野站和西船桥站）显示路线名称为“地下铁东西线直通 ” 。至于显示下一站的方式则跟其他通勤型列车一样，并没有对应东西线的车站编号。车厢广播方面，则内置了JR东日本和东京地下铁各自的车厢广播 ，只在所属路段行驶时才使用。而800番台列车在东西线内的车厢广播和05系和07系版本的内容也有不同之处 。倾侧式间隔门是JR东日本首次应用的车厢间隔门技术 ，其后E231系的其他型号均应用这种技术 。 近郊型的实际型号是1000番台，也是E231系中车辆数目最多 ，服务范围最广的型号。近郊型于2000年投产 ，至2007年完成生产时制造了三批合共1255辆 。
首批列车是用作汰换小山电车区（现名小山车辆中心）内老化的115系列车 。初期制列车于2000年6月在宇都宫线（东北本线）投入服务，主要服务普通和快速班次。2001年开始把服务范围扩大至高崎线 。同年12月1日 ，湘南新宿线开业后亦以本系列列车为服务的主力 ，令近郊型的服务范围进一步扩大至东海道线（东海道本线东京至沼津段）和横须贺线 。2004年10月16日订正时间表后，本系列列车全面取代115系列车。
第二批列车于2004年投产 ，目的是要汰换国府津车辆中心内老化的113系列车 。同年7月暂时在宇都宫线和高崎线服务 ，10月起正式在湘南新宿线、东海道线 、伊东线和御殿场线投入服务 。2006年3月18日订正时间表后，本系列列车全面取代113系列车。而替首批列车加入绿色车厢的工作也同时进行 ，而被取代的车辆（原有的4 、5号车厢）则被编入第二批列车中（6、7号车厢 ，K-01编组除外）继续服务 。
第三批列车于2006年投产，目的是要取代无编入绿色车厢的211系列车（属高崎车辆中心），以统一服务宇都宫线 、高崎线的列车编组 。这批列车均采用第二批车辆的技术 ，但编组方式则是小山车辆中心的方式。最后一列列车于2007年3月出厂。
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