国鉄205系電車
導入の経緯
1981年（昭和56年）より、103系に代わる省エネルギー通勤形電車として量産が開始された201系は、量産中にも様々なコストダウンを図りながらも1,000両を超える増備を行ってきた。しかし、核となる電機子チョッパ制御の製造コストが非常に高価で、当時財政的に厳しい状況に置かれていた国鉄にとっては、より大幅なコストダウンの図れる車両が必要な状況にあった。この時期には111系・115系などの老朽化置き換えを目的とした次期近郊形車両（211系）用として開発していた「界磁添加励磁制御」方式を実用化に向けて試験を行っていた。また、同車には新開発の軽量ボルスタレス台車や軽量ステンレス構造、電気指令式ブレーキの採用計画などを進めていた。
1984年度に1985年（昭和60年）3月のダイヤ改正において横浜線・武蔵野線の輸送力増強を行うこととなり、山手線からこれらの路線へ103系を捻出するための通勤形車両が必要となった。この時点で既存の201系を山手線用に増備するのか、新形式車両を投入するかが迫られた。そして最終的には、1984年（昭和59年）6月末に次期近郊形車両用のシステムを使用した通勤形車両として本系列の製造が決定された。乗務員訓練時期を含めたダイヤ改正の前に落成する必要性から、翌1985年1月末に第1編成の落成が決定され、デビューまでわずか7か月という非常に短期間で設計・製造が進められた。
なお、当初の国鉄における計画では首都圏全体の置き換え計画があり、山手線に次ぐ投入線区として中央・総武緩行線に集中投入する計画であった。
車体
101系からの伝統的な 20 m 級片側4扉車体を有するが、車体は従来の普通鋼製から軽量構造のステンレス製となり、大幅な軽量化と塗装工程を省略したことにより保守作業が大きく軽減された。ステンレス車体とすることで、車両重量については201系より各車約7tの軽量化が実現されている 。
外観は補強用のビード（ローラーによる断面が細い凸状のプレス加工）を極限まで減らした外板に、初回製造分（→#0番台量産先行車）を除きバランサー付きの大きな1段下降窓を備えたものとなった。この1段下降窓への設計変更は横浜市営地下鉄の2000形（2006年に全廃）がヒントになっている。量産先行車の落成時、国鉄の車両設計責任者が東急車輛製造（以下東急車輛と略）の工場を訪問した際、同時期に製造中であった横浜市2000形が本系列と並んでいた。同形式の1段下降窓を見たその責任者曰く「1段下降窓の方がすっきりする。ステンレス車体なら腐食の心配もないから保守上の問題もない」とのことで、以後の量産車は1段下降窓で製造された。
国鉄ではかつて10系客車の一部寝台車や157系電車、それに急行形グリーン車（153系サロ152、451系サロ451、キハ58系キロ28/キロ58）などの鋼製車で1段下降窓を採用した前例があるが、いずれも車体下部の水抜き穴設置が不十分で、内側にたまった鉄粉や泥が水分を保持して車体の腐食を進めることで車両の寿命を縮めた。そのため、当時の国鉄では下降窓車は「御法度」となっていたが、オールステンレス構造の本系列であれば腐食の心配もないことから、戦後の通勤形車両としては初めて1段下降窓が採用された。このほか、車体側面の戸袋窓と連結面にある妻面窓が廃止された。ステンレス車両の場合、外板が強度を確保する上で重要な役割があり、窓を設ける場合には骨組みで固める必要がある。しかし、窓をなくせばその分軽量化やコストダウンを図ることができる。
また、それまでの車体全面塗装から窓の上下に各路線ごとのラインカラーを糊付きフィルムの帯で表す方法を採ったことで、非常にすっきりとした印象を利用者に与えている。当初は1色のみだったが、国鉄の分割・民営化以降は最大で3色まで使われるようになり、従来同じうぐいす色の車両で運行されていた山手線・埼京線・川越線・横浜線がそれぞれ別の帯色となった（後述する#番台区分や#投入線区の写真を参照）。
前面は、先代の201系と同じく設計に参加した東急車輛のカラーが反映された、前面の窓周りを黒色でまとめた左右非対称のデザインが採用されたが、前照灯が窓下に降ろされたため、やや柔和な「顔つき」になっている。この位置変化は203系からの流れともいえる。また、前面にもラインカラー帯を配し、前照灯はカラー帯上に配置されている。東日本地区でJR化後の横浜線投入分以降に製造された車両では前面上部右側に種別表示器が追加されたが、実際は横浜線と京葉線以外では路線名のみを掲出していた例が多く、2000年代以降は使用されていない場合も多い。
分割・民営化後は行先表示器・運行番号表示器・尾灯・車側灯がLED化されるようになったが、電球のままの車両も存在する。JR西日本では民営化直後の一時期、LED式行先表示器を試験的に京阪神緩行線用（当時）の7両に設置したものの、短期間で幕式に復元されたが、2012年に行われた体質改善工事にて再設置されている。
国鉄時代に製造された車両は、幼児や子供などが戸袋に手を引き込まれないように201系と同様に窓を小さくした客用ドアを備えるが、分割・民営化以降は山手線用（4扉車）を除いて一般的な大きさの窓を持つドアに変更された。
主制御器
前述した通り201系と203系で採用した電機子チョッパ制御では高コストとなることから、本系列では国鉄末期の財政難の状況でも大量投入が行えるように比較的簡単な機器構成で省エネルギー効果が得られる東洋電機製造製の界磁添加励磁制御を国鉄で初めて採用した。
界磁添加励磁方式は、機構的には古くからの抵抗制御の延長上にあり、力行の制御は基本、電動カム軸式抵抗制御器を用いる在来手法によるが、私鉄で普及していた界磁チョッパ制御と同様、電気ブレーキに回生ブレーキが使える利点があり、軽量な車体と相まって、結果的に201系より優れた省エネ車両となった。特に制御回路は電機子チョッパ制御とは異なり、高価な半導体素子を使用することなく、従来の車両で広く普及している部品を使用するため機器のコストは大幅に抑えられている。加えて界磁チョッパ方式の場合は直流主電動機をコスト高な複巻式にせねばならないところ、界磁添加励磁方式はシンプルで一般的な直巻式主電動機を使用でき、その点からも直巻式主電動機以外を選択できなかった当時の国鉄にとって最適な方式であった。
導入前に本系列の山手線走行シミュレーションを実施した結果、性能向上と車体軽量化により201系よりも電力消費量は少なく、さらに同線で運用されている103系よりも大幅に電力消費量が減少することが確認されている。本系列で採用したCS57形電動カム軸式主制御器には加減速の頻度が大きい場合に有用なノッチ戻し機構も搭載されている。この力行時に用いられる抵抗制御回路の段数は直列13段・並列11段である。
本系列での界磁制御を行うため、CS57形主制御器に付随してHS52形励磁装置が搭載されている（ただし、JR東日本化後の増備車は後述するHS52A形に変更）。この励磁装置は弱め界磁制御と回生ブレーキ使用の際に界磁制御を行うもので、装置はサイリスタ (1,600 V - 800 A) とダイオード (1,600 V - 250 A) を組み合わせた三相混合ブリッジとバイパスダイオード (1,600 V - 800 A) 、さらには励磁用変圧器やマイコン制御部などの無接点制御装置から構成されるものである。電動機の制御には電動発電機 (MG) からの三相交流440Vを基に三相混合ブリッジを用いて全波整流（HS52形）/半波整流（HS52A形）を行い、主電動機の制御を行う。
M車に搭載された主制御器1基で2両8基分の主電動機を制御する1C8M方式で、M車 - M'車間には高圧用KE6形ジャンパ連結器が備えられている。
主電動機
本系列の主電動機はMT61形と呼称する近郊形の713系向けに開発された直巻整流子電動機を使用している。1時間定格出力こそ従来標準電動機とされてきたMT54形と同じ120 kWであるが、設計の見直しにより低回転域でのトルクをより向上させた一方で、弱めた際の界磁率を 35 % まで拡大して高速性能を確保している。1時間定格速度は 39.0 km/h、1時間定格牽引力は1ユニットあたり 8,870 kg である。この電動機と軽量ステンレス構造車体の採用により、地下鉄乗り入れ用の203系と同じ歯数比 6.07 とされたにもかかわらず、高定格回転数仕様の主電動機を搭載し歯数比5.60と高速仕様の201系と比較してほぼ同等の起動加速度・高速特性を確保している。本系列の 6M4T 車（京浜東北線用）における起動加速度は 2.4 km/h/sとなっている。
1988年度までに投入された車両については201系並みの高音を唸らせる、いわゆる外扇形モーターで、翌1989年度の埼京線向け以降に増備したグループでは騒音源となる冷却ファン構造を変更し、高速域でも静かな走行音を実現した内扇形モーターに移行している。同線で運用されていた103系の騒音が大宮駅 - 赤羽駅間で併走する新幹線よりも大きかったこともあり、騒音対策のため静かな車両が望まれていたことが伺える。これ以降、京葉線や武蔵野線向けの車両にも波及していった。車両検査時に内扇形モーター車が外扇形へ換装される、またはその逆のケースがあるが、両者は機能的には同一で、互換性を有している。
台車
台車には国鉄が新規に開発した軽量ボルスタレス台車を採用している 。軸箱支持方式は円錐積層ゴム方式で、軸箱の両側に高さを変えて取付けられている。動力台車はDT50形、付随台車はTR235形と称する。台車枠は側梁をストレート、横梁にはシームレスパイプを採用するなど構造を大幅に簡素化したものとした。また、軸箱方式と合わせて構成部品数を少なくし、保守性の向上を図っており、合わせて軽量化と新製コストの低減を実現している。この結果、従来の台車よりも1台車あたりの重量は約1.5t軽量化されている。基礎ブレーキ装置は動力台車は片押し式踏面ブレーキ、付随台車は片押し踏面併用ディスクブレーキ方式を採用した。
この軽量ボルスタレス台車は以降、203系100番台（DT50A形・TR235A形）、211系（DT50B形・TR235B形）、415系1500番台（DT50C・TR235C形）、117系100・200番台（DT50C形・TR235B形）など、同時期に製造される国鉄車両に続々と採用が進められた。
その後、昭和60年度第1次債務車（山手線クハ205-32 - クハ204-32以降）からは軸受形状を片つば式密封ころ軸受から両つば式密封ころ軸受に変更し、合わせて動力台車の駆動装置の歯車潤滑方式の変更などが実施され、形式はDT50D形、TR235D形に改められた。なお、分割民営化後に製作されたJR西日本向け1000番台とJR東日本向けサハ204形では異なる台車が使用されており、これらは後述する。
ブレーキ
ブレーキ装置には国鉄在来線車両で初の全電気指令式ブレーキが採用され、空気配管の大幅削減と機器の軽量化が実現された。電気ブレーキは励磁装置を用いて回生制動を行う。高速域では界磁電流を弱く、主回路電流は強くし、速度の低下とともに界磁電流を強めながら主回路電流を減じるよう制御することで、一定のブレーキ力が確保される。65 km/h 以上からの制動では電動機は並列つなぎとなっており、それ以下からの場合は直列つなぎで回生ブレーキを開始する。並列つなぎで開始した場合は 50 km/h 前後で直列つなぎに切り替わるが、切り替えの際に端子電圧を急に半減することができないため、抵抗を挿入しながら回路を切り替え、その後抵抗を抜き取る動作を行う。低速域では界磁電流を強めても回生電圧が架線電圧を下回るため、20 km/h 前後で回生ブレーキが失効する。
従来の国鉄車両では運転台に手ブレーキが設置されていたが、効果が少ない割りに無駄にスペースを占有することから廃止した。そのほか、空気圧縮機 (CP) は電動機に三相誘導電動機を使用したレシプロ式コンプレッサMH3075-C2000M形（吐出量 2,000 L/min）を採用、補助電源装置には 190 kVA のDM106形電動発電機（ブラシレスMG）をM'車に搭載する（MG非搭載車もあり・後述）。
車内
車内は201系をベースとしたもので、内装色はクリーム色系、床敷物は薄茶色である。天井は平天井構造とし、各車には補助送風機（ラインデリア）が4台設置されている。前述した戸袋窓と妻面窓の廃止でこれらのあった個所には広告枠が設置されている。ドアを開閉するための「ドアエンジン（戸閉装置）」は大半の車両が座席下収納式の「異径複シリンダ形差動ラック式」を使用している。
車内は基本的にオールロングシートで、101系以来の国鉄新性能通勤形電車標準の座席配置（バリエーションは後述）である。落成当初の座席表地は区分のため、両端3人掛け部をロームブラウン色（こげ茶色）、中央の1人分をヘーゼルナッツ色（うすいオレンジ色）としたものである。なお、座席表地はJR化以降経年劣化のため、各社の標準品へと交換が実施されている。空調装置は集中式のAU75G形 (48.8 kW・42,000 kcal/h) を搭載する。
乗務員室と客室の仕切部においては従来、機器設置スペースとすることで背面窓を省略または小さいものを設けていた。しかし、国鉄末期に製造された本系列では分割民営化を控えた時期であり、旅客サービス等の配慮などから客室からの見通しも考慮して背面窓を設ける構造とした。
運転台の機器配置、寸法等は201系に準拠したものである。ブレーキの電気指令化に伴い、ワンハンドルマスコンの採用も検討されたが、取り扱いの慣熟性などの諸問題から201系と同様の横軸式マスコン・縦軸式ブレーキ設定器の組み合わせとなった 。縦軸式ブレーキ設定器の採用で、運転士の足元スペースを広く取っている。また、ブレーキハンドルは固定式で（従来の抜き取り方式ではなく）マスコンキーでハンドルロックの解除を行うものとなった。
運転台の配置は基本的に写真左（クハ204-20）のような配置が基本となっている（国鉄時代製造分・JR東日本初期製造分・JR西日本製造分）。ただし、JR東日本化後の昭和63年度3次予算増備車（写真右、クハ204-130）からは簡易モニタ装置の設置により、配置の一部見直しが実施されている（後述）。
形式・製造両数
記述の順番は過去からの慣例に準ずる。
番台区分（新製車・改造車）および新製車
本節では新製車（新規に製造された車輌）と改造車（新製車の改造で発生した車輌）に分け、登場時期の古いものから順に記述する。なお、新製形式であるサハ204形も本節内に記述する。
0番台量産先行車
1984年（昭和59年）度（初回）に製造された量産先行車で、10両編成4本が該当する。東急車輌製造・日立製作所・日本車輌製造・川崎重工業がそれぞれ1本ずつ製造した。番台区分上は0番台に含まれ、それぞれ 1 - の番号が付されている。基本的な構造はその後製造された車両に準じているが、窓形状が上段下降、下段上昇の2段サッシ窓である点が異なっている。全4本が山手線に投入され、1991年に他の編成と同じく10号車にサハ204形0番台 (1 - 4) が連結され、1996年から1997年にかけて先頭車には全編成、排障器（スカート）が設置された。
2005年（平成17年）に埼京線へ転用するサハ204を抜き取った上で山手線から京葉線へ転用され（後述）、結果的に製造時の編成に戻っている。なお、先頭車の運行番号表示器は当初巻き取り式であったが、1995年に後述の0番台量産車とともにLED式に換装されている。
2012年（平成24年）には、一部編成を改造したうえで、富士急行に譲渡され、6000系として運用している。
サハ204形900番台
1990年2月27日付けで新製した6扉車の先行試作車で、2両が製造された。900番台（901・902）が付与され、本系列で唯一の試作車番台区分となった。当初は山手電車区（現・東京総合車両センター）に配置され、ヤテ42編成（クハ205-42以下10両）の9号車と2号車に連結されて同年3月10日のダイヤ改正より営業運転を開始した。混雑状況の試験のため、連結位置を8・9号車に変更することも実施されている。
車内のモニター画面は量産車と大きさが異なっており、閑散時の選択開閉機能（6ドアすべて開扉・6か所中4か所のみ開扉を選択）があり、ドアが開かない2か所に締切中を表示するランプが設置されていた。また、荷物棚の高さが量産車よりわずかに高い（高さ 1,950 mm）。その他の設備は量産車との違いはほぼ皆無である。
その後各種試験を行い、量産車の落成を控えた1990年10月から11月に量産化改造が施工され、車内のモニター画面を量産車と同じ9インチの液晶式に交換、選択開閉機能の撤去、自車用補助電源装置の搭載（次の0番台に記載）などが実施されている。
0番台が連結された後も試作車2両は1両ずつに分かれて連結（901がヤテ42編成、902がヤテ60編成に連結）され、何回か連結編成の差し替えが行われた。1996年2月5日付けでヤテ42編成が川越電車区（現・川越車両センター）に転属する際の組み換えで、当時ヤテ49編成に組み込まれていた902は、保留車扱いになっていた0番台のサハ204-42と差し替えられ、その後902が保留車となった。
その後2001年6月30日付けで902は埼京線用として転属し、901も2003年12月5日付けで同所に転属した。埼京線に転属後はハエ8編成に902が、ハエ18編成に901がそれぞれ組み込まれて同線を走行していた。
E233系7000番台への置き換えに伴い、2013年9月6日付で2両とも除籍され、区分番台消滅となった 。
サハ204形0番台
900番台の試験結果を基にした量産車。山手線11両編成化用として51両が製造され、1991年（平成3年）12月1日から9日にかけて同線の全53編成中51編成に連結された。
試作車は昼間に2か所の扉を閉切り4扉車として使用できる選択開閉機能と案内用表示器が扉横に装備されていたが、量産車では終日6扉で運用されることになり省略された。また、11両編成化に伴い補助電源装置は従来のMG2台では電源容量が不足することから、自車用の冷房電源装置として30kW容量を持つDC-DCコンバータが床下に搭載される（900番台は後に搭載）。
車内のモニター画面は見やすいよう9インチの液晶ディスプレイを採用した。荷物棚は乗客へのアンケートから高すぎるとの意見があり、1,900 mm に下げた。なお、省令による基準によりこれ以上高さを下げることはできない。そのほかの設備は900番台と共通である。
2005年までに50両が川越車両センター、1両が鎌倉車両センターにそれぞれ転出。2008年6月現在、川越車両センター所属車は埼京線用ハエ1 - 25・31編成計26本に組成され、連結位置は特に混雑の激しい同線で最も混雑する駅の階段付近に停車する2・3号車とされた。ただし、同線には本形式を連結しない編成（2008年当時はハエ26 - 30・32編成）も在籍しているため、6扉車を連結している編成は扉上部と先頭車の前面に「6DOORS」のステッカーを貼付して区別していた。なお、川越車両センターに所属していた50両についてはE233系7000番台への置き換えに伴い、2013年7月から2014年2月にかけて廃車となった。
鎌倉車両センター転属車は横浜線用H27編成の2号車に連結されて運用されていた。
JR東日本での改造
後述の転属により、主に山手線用（一部それ以外の車両もあり）の車両を転属先の線区事情に合わせるため、それぞれ大規模な改造工事を施工した。
下記に改造車が投入された線区とその改造内容を記述する。
先頭車改造については、11両編成で運用している山手線からの転用にあたり、転用先における短編成化によって必然的に先頭車が不足することから、中間車の先頭車化改造が施工されている。前面デザインは既存車とは異なる新しいものとした。フロントガラスは緩やかな横方向にカーブした1枚の曲面ガラスを使用したものとなり、前照灯（HID）と尾灯は窓内上部左右の配置とした。LED式行先表示器は中央上部(正面から見て少し右側へ寄っている)の配置である。また、先頭車化改造車および600番台では改造時に電子ホーンが追加装備された。600番台に限り空気警笛はタイフォンからE231系近郊タイプなどと同様のホイッスルに変更されている。
改造にあたっては妻構体を撤去し、前面強化フレームを溶接の上、前頭部はFRPにフェノール発泡体を合わせた剛性の高い複合材料を使用したものとなっている。改造にあたって、乗務員室部に支障する助手席側側面の行先表示器は廃止している。
乗務員室機器配置はE231系などに準拠したもので、マスコンハンドルは既存車とは異なる左手操作形ワンハンドル式を採用しており、改造直後の地点ではモニター画面の設置はないが、計器台形状も同系列に準じたものである。なお、デジタル列車無線導入や保安装置変更などで別途モニター装置を追加した車両もある。
乗務員室は既存車よりも線路方向に 200 mm 長いものとされ、乗務員室背面仕切壁には非常救出口・遮光幕付きの大窓・仕切扉窓を配置するものである。なお、先頭車化改造車の全長は 215 mm 長い 19,715 mm となり、また連結面間距離は 20,100 mm となっている。
また、先頭車化改造を実施した車両では連結面側の片側座席を撤去し、車椅子スペースの設置が行われている（ただし、編成の短い南武支線用1000番台・鶴見線用1100番台はクモハ204形のみ設置）。
体質改善工事
JR西日本在籍の車両は落成から20年以上が経過しているため、2011年度より体質改善工事の施工が開始されており、今後2年間かけて順次工事が進められる予定である。0番台についてはC2編成（クハ205-36以下の7両編成）、1000番台についてはHH401編成を皮切りに施工され、全車両への施行が完了している。なお、サハ205形については直後に予定されていた阪和線再転属の際に余剰車となる見通しであったことから、後述のとおり工事を省略している箇所が多い。
外観については、前面排障器（スカート）の取り換え、前面および側面行先表示器を字幕式からLED式に交換（一部のサハ205形を除く）、合わせて運行番号表示器が撤去されている。車外客用ドア下部のクツズリ部には黄色着色を実施、屋根上では通風器（ベンチレーター）が撤去されている（サハ205形を除く）。また、車外スピーカーが新設されている（1000番台は新製時より設置済み）。
車内は化粧板および床敷物の取り替えによる内装更新（サハ205形を除く）および同時にバリアフリー化が実施されている。座席横の袖仕切り板は上部に仕切り板を新設（一部のサハ205形を除く）、座席端やドア横などの手すりは黄色着色による視認性向上が図られている。客用ドア下部では滑り止め加工の変更および客用ドアの戸袋側への黄色マーキングによる安全性向上を実施した。
客用ドア上部には千鳥配置でLED式車内案内表示器を新設、合わせてドアチャイムを追加、客用ドアガラスをUVカットの複層ガラス化。  つり革は大型化と黄色化、また増設が実施されている。このほか、各先頭車に車椅子スペースを新設、連結面貫通扉の取り換え（サハ205形を除く）、側窓カーテンの交換などが実施されている。
乗務員室内は特に大きな変更はないが、案内放送用マイクを各側面別2個に増設、車内案内表示器の設定器の新設が行われている。
投入線区
路線名の横の四角は帯の色である。路線名の横のx両編成および記号は投入当時の両数と編成を示す（現在と異なる場合がある）。
国鉄時代
以下の路線に配置された。
分割・民営化後
分割・民営化後は新規製造により以下の路線に配置された。
JR東日本投入分の仕様変更について
JR東日本向けのうち、昭和62年度3次予算増備車（山手線向けクハ205-41 - クハ204-41以降）からは車両のコストダウンを図るため、特に大きな仕様の見直しが実施されている。内容は10両編成で3台搭載している電動発電機 (MG) のうち、編成中央に組まれるモハ204形のMGを省略して代わりに電源誘導装置を搭載。これに習い既存車も編成中央のモハ204形のMGを撤去の上、以降の新造車に流用することも実施している。
このほか、主回路の励磁装置を全波整流方式から半波整流方式に変更し、制御回路に使用する大容量ダイオードの使用数を削減（励磁装置はHS52形→HS52A形に）、空気圧縮機の電動機を専用機から汎用型に、合わせて除湿装置を変更、車内では荷棚形状をアルミ金網式からステンレスパイプ式に変更、冷房吹出口をアルミ材からFRP品に変更などが行われた。
国鉄時代には「公共企業体」の理念の下、国鉄車両を製造する主要メーカーに対し、価格によらず一定車両の製造を発注する「分散発注方式」を行っていた。しかし、分割民営化後は民間企業の元、このような発注方法は行われなくなり、入札方式により最も安い価格を提示したメーカーに発注する方法に代わられた。
JR東日本の昭和63年度3次予算製造分では交渉の結果、大量発注を条件に川崎重工業が従来より25%安い価格を提示したため、同社が508両全車両の製造を担当している。この商談は1989年（平成元年）3月に行われたもので、本系列508両のほか、211系145両（2000番台・3000番台）、113系組み込み用2階建てグリーン車15両、総計668両の製造をすべて川崎重工業が受注したものである。これは当時の国内商談としては、最大規模となる受注であった。この発注分は平成元年度分と平成2年度分、2年度分の車両を一括発注しており、内訳は南武線用78両、埼京線用230両、中央・総武緩行線用20両、京浜東北線用60両、京葉線用120両となっている。なお、これ以降の0番台増備車（武蔵野線向け40両のみ・平成2年度3次予算製造分）も川崎重工業製となっている。JR東日本化後の増備車1,073両のうち半数は川崎重工で製造されている。
JR東日本への投入
現在のJR東日本所属車両の座席表地（一般席）は京葉線向け車両はマリンブルー色、600番台は赤色、それ以外の車両ではグリーン色で区分柄入りのものを使用している。また、横浜線向け車両、南武線向け車両と武蔵野線向け車両では、座席横袖仕切板上部にアクリル製の風除け板が取り付けられている。
各車両間には転落防止幌が設置されている。
JR東日本に所属する車両は、2008年春までに優先席付近のエリアを明確にするためにつり革がE233系で使用されているオレンジ色の細長い三角形のものへ交換された。
転属
後継車の新製によって他線区へ転配される車両が出てきている。
JR西日本での転属
0番台、1000番台ともに転属歴がある。0番台は京阪神緩行線と阪和線の運用を行き来している。1000番台は新製以来約30年に渡って阪和線で運用していたが、2018年3月のダイヤ改正を以って阪和線から転属し奈良線の運用に就くこととなった。
阪和線→東海道本線（0番台）
2010年12月1日までに225系5000番台が日根野電車区に配属されたこと、また翌年のダイヤ改正から直通快速が207系・321系に置き換えられることによる車両補充を見越して0番台の全車が11月から12月にかけて宮原総合運転所（現・網干総合車両所宮原支所）に転出し、207系・321系に準じた帯色に変更された。転属に際し、全4編成がサハ205形1両を増結した7両編成となった。その後2011年3月12日のダイヤ改正より朝ラッシュ時限定で東海道本線（JR京都線・JR神戸線）の京都駅・高槻駅 - 大阪駅・尼崎駅間で運用を再開した。
東海道本線→阪和線（0番台）
2013年3月16日のダイヤ改正で東海道本線での運用を終了した。同月18日にはC1編成がサハ205を抜いた6両に減車のうえ、約2年ぶりに阪和線の運用に復帰している。その後、他の3編成についても同様の形で阪和線に再び転属し、同線に所属する103系の6両編成との共通運用に就いている。4編成とも当初は引き続き東海道本線時代のままの帯色で運用されていたが、2014年1月より順次、スカイブルーの帯に戻され、その際新たに前面の帯下部と乗務員室扉には細いオレンジのラインが2本追加された、同年2月17日に全4編成の変更を終えている。
オレンジのラインは、最高速度の異なる0番台と1000番台を区別するための視認用のもので、6連の0番台は103系と共通運用であるが、4連の1000番台は共通運用を組んでいない。また運転台には「この編成は205系0代」と書かれたシールが貼付されている。
なお、編成から外れたサハ205形4両は2015年9月9日付で廃車された。
2018年3月17日のダイヤ改正で、阪和線の全快速・普通列車が223・225系で統一されるため、205系電車は運用を終了した。
デジタル無線搭載工事
JR東日本では、2007年度から2010年度に首都圏各線での列車無線のデジタル化を実施した。これは従来の列車無線装置が更新時期を迎えていることに加え、運行障害による無線の使用頻度が高く増強が必要なこと、列車支援運行業務の充実を図ることを目的として実施されているものである。本系列においても搭載工事が実施されており、施工済み車には運転室に簡易モニタ画面とICカードのリーダ・ライタ、運転台後部の窓の上に無線親機と電源装置、そのそばの荷棚に簡易モニター装置のコンピュータの設置などが見られる。
保留車・廃車など
JR東日本の本系列の最大保有数は1,413両であったが、廃車が進んだ2012年度初頭時点（2012年4月1日）では計146両が廃車となっており、JR東日本車の在籍数は1,267両に減少している 。なお、2012年度上半期（2012年10月1日）が経過した時点においても在籍数に変化はなかったが 、2013年度はJR東日本車のうち川越車両センターに所属していた埼京・川越線車のうち301両と鎌倉車両センターに所属していた横浜線車のうち10両が廃車となり、2014年度初頭時点（2014年4月1日）でのJR東日本車の在籍数は956両に減少し 、2014年度はJR東日本車のうち鎌倉車両センターに所属していた208両すべてと中原電車区に所属していた南武線車のうち44両、仙台車両センター宮城野派出所の4両、川越車両センターの付随車1両の計257両が廃車となり、2015年度初頭時点（2015年4月1日）でのJR東日本車の在籍数は699両に減少している 。2015年度は中原電車区に所属していた南武線車（支線用を除く）132両が廃車、2016年度は川越車両センターに所属していた埼京・川越線車の10両が廃車され、2017年度初頭時点（2017年4月1日）でのJR東日本車の在籍数は557両に減少している 。2017年度は京葉車両センターに所属していた武蔵野・京葉線車の24両と川越車両センターに所属していた川越・八高線車の4両の計28両が廃車されている。2018年度は京葉車両センターに所属していた武蔵野・京葉線車の80両と川越車両センターに所属していた川越・八高線車の残り16両の計96両が廃車され、2019年度初頭時点（2019年4月1日）でのJR東日本車の在籍数は433両に減少している。
2008年4月1日時点で、川越車両センター所属車6両（モハ205-386、モハ204-388、サハ205-107・108・220・221）、東京総合車両センター所属車2両（サハ205-45・60）、京葉車両センター所属車10両（元ケヨ21編成のうち川越線での踏切事故により代替として2007年5月21日に川越車両センターへ転属したモハ205・モハ204-277をのぞく8両とサハ205-29・30（のちに横浜線H28編成に転用））の計16両が保留車となっていた。ただし、京葉車両センター所属車は元ケヨ21編成の8両については、MM'ユニットがVVVF化され武蔵野線に転用された。
一方、前述の川越線での踏切事故により復旧が見送られたモハ205-386およびモハ204-388は廃車されることになり、2008年6月18日に同じ川越車両センターのサハ4両とともに郡山総合車両センターへ送られ、翌日の19日付で6両全車が廃車となった。これは本系列で初の廃車である。
その後、ケヨ21編成の武蔵野線転用によりM66編成が捻出され、サハ205-29・30を組み込んで横浜線に転用されたが、その際に編成から外れたモハ205・204-44は2009年6月に廃車となっている。
2010年3月には東京総合車両センターの保留車サハ205-45・60が廃車され、東京総合車両センターの205系配置がなくなった。また、2010年度内には中原電車区に配置されていた中間車2両（電車区内での感電事故車両）が廃車されている。
2010年度以降には京葉線へのE233系5000番台に投入に伴い、本系列に本格的な廃車が発生している。京葉線に所属車両していた本系列（10両編成17本170両）のうち、東京開業用に投入した新製車（前面デザイン変更車）はケヨ1 - 10編成は4両編成に短縮して保留（計40両）、残った中間車6両10編成分とケヨ11・12編成（計80両）は廃車となった。なお、保留車となっていた40両は2012年10月以降、順次600番台化改造工事を実施し、小山車両センターへ転属している。
一方、山手線から転用されたケヨ22・24 - 27編成（計50両）は、後述する富士急行譲渡分12両（3両×4本）を除き、すべて廃車となった。なお、これらの京葉線所属車の廃車整理は2010年度・2011年度内に実施された。
なお、京葉車両センターに配置されていたクハ205-1・モハ204-1・モハ205-1の3両は廃車後、2012年10月に開設された大宮総合車両センター内の検修社員用の施設「大宮グローアップスクエア」において、検修技能訓練所の訓練用車両として使用されている。
2013年度には埼京線・川越線へのE233系7000番台、横浜線へのE233系6000番台投入に伴い、埼京線・川越線に所属していた本系列（10両編成32本320両）のうち、ハエ16・17編成は4両編成に短縮して600番台化改造を施工の上で小山車両センターへ転属（計8両）、残った中間車6両2編成分とハエ1 - 15・18 - 27・30 - 32編成の全車（廃車後、一部は後述するインドネシアへ譲渡）、ハエ29編成のうちサハ205-82を除く9両、鎌倉車両センター所属の横浜線車両のうちH3編成の全車、中原電車区へ転属したH26編成の余剰車2両の計311両は廃車となった。なお、これらの廃車整理は2013年7月から実施されている。その後サハ204が1両鉄道総合技術研究所に譲渡され、「脱線しにくい台車」の研究用に使用されている。
JR西日本在籍車48両には長らく変化がなかったが、前述のとおり2015年に余剰となったサハ205形4両が廃車され、2018年にモハユニット4組8両が廃車された。2019年4月1日時点で36両が吹田総合車両所奈良支所に在籍している。
富士急行
E233系5000番台の投入により廃車となった京葉車両センター所属車の一部が、富士急行に譲渡され、6000系として2012年2月29日（富士急の日）に運転を開始した。2019年6月現在6編成が在籍している。
インドネシア
2013年度からはE233系7000番台の投入により余剰となった川越車両センター所属の180両が6扉車も含めて、インドネシアのPT KAI Commuter Jabodetabek（以降PT KCJ）へ譲渡されることが発表された。
そして、実際に譲渡されたのは埼京線で使用されていた6扉車となるサハ204を組み込んだハエ1・4・7・11 - 15・18・20・22 - 25・31ならびに6扉車を含まないハエ26・30・32編成（計180両）となっている。
埼京線での営業運転終了後は、高崎車両センターまで自力回送され、その後高崎駅から新津車両製作所（当時）まで機関車牽引によって配給輸送された。新津車両製作所収容後は、トレーラーによる陸送によって新潟東港まで運ばれ、海上輸送によりインドネシアまで輸送された。海上輸送は7回に分けて輸送され、2014年3月までに全車両が運び込まれた。
また、E233系6000番台の投入で余剰となった鎌倉車両センター所属編成についても、6扉車を含めた約170両が同国へ譲渡された。ただし、横浜線所属であった車両は鎌倉車両センターから総合車両製作所新津事業所まで機関車牽引である。
2015年度からは、埼京線と横浜線に続きE233系8000番台の投入で余剰となった南武線の中原電車区所属編成についても、約120両が同国へ譲渡された。
2017年2月、編成番号がインドネシアの制度に変更された。インドネシアの編成番号制度はJRの制度とほぼ同様であり、車両基地の短縮記号とそれに先頭車の番号が続く。たとえば、BUD89編成は、先頭車（クハ）の番号は205-89号車と204-89号車（JR制度から保有されている車番号）で、ブキットデゥリ電車区が所有する編成である。ボゴール電車区の組織を示す短縮記号は「BOO」である。
2017年4月現在、インドネシアに譲渡された205系476両はPT KCJ管内の主力車両として運用しており、主にジャカルタ・コタ駅とボゴール、もしくはブカシを結ぶ系統で運用されている。また、以前に譲渡された元東京都交通局6000形や元JR東日本103系、元東急8500系などがこの形式に置き換えられており、これらの形式の一部に廃車が発生している。
2018年3月から武蔵野線の205系の336両が同国へ譲渡される予定である。
エピソード
2015年末、南武線で運用最終日の205系に乗車していた大学生が車内にスマートフォンと学生証を置き忘れた。この車両は運用終了後にインドネシアへ譲渡された。車両の一つを点検していた現地人の技師が、背もたれとクッションの間の隙間に落ちていたスマホと学生証を発見し、翌2016年に持ち主へ引き渡した。第一発見者の現地人技師は地元メディアから度々取材を受けたり、ワイドショー番組にも出演し、職場でも知名度を広めた功績で表彰を受け、現地人技師の結婚式には、先の大学生も出席した。
今後の予定
武蔵野線に所属する､205系を中央・総武緩行線からのE231系に置き換える。