営団5000系電車
車体構造
前面形状は3000系の曲面構成に対し、製作工程の容易化のために三面折り妻構成の準切妻型とした。3000系では縦並びに配置されていた前照灯と尾灯は横並びに改められたほか、前照灯は前方視認性向上の観点からシールドビーム式を採用した。車体構造は3000系に引き続いて骨組みに普通鋼、外板にステンレス鋼を使用するスキンステンレス車を採用した。車体の補強として設置する「コルゲート」は同系列よりも簡単な形状とした。
片側側面に4か所の両開き客用扉を配し、2段式の側窓と細長い戸袋窓がそれぞれドア間に2つ、車端部に1つずつ設けられている。側窓の外枠は2次車まで丸みを帯びたもので、3次車から丸みがなくなった。側扉は戸袋への引き込み事故を防ぐ目的で、窓が極端に小さなデザインのものが営団で初めて採用された。
車体は無塗装の金属地肌で、前面・側面とも窓下にラインカラーの帯（東西線はスカイブルー色、千代田線はグリーン色）が巻かれている。昔の等級制を思い出させるという理由で 日比谷線では路線識別帯を採用しなかったが、東西線ではタバコのハイライトの包装紙と同色の「ハイライト・ブルー」を使用した。このほか、千代田線に投入されて東西線に転属した車両の一部は、一時的にグリーン帯の状態で東西線で使われていた（一般公開で展示されていた写真による）。
当初の前面識別帯は側面と同じ115mm幅（1次車は80mm幅）であったが、千代田線投入分では1970年（昭和45年）10月からの国鉄常磐緩行線乗り入れ改造時に530mm幅に拡大する改造を実施した。東西線用においても、1971年（昭和46年）11月から1973年（昭和48年）3月にかけて全先頭車の前面帯を530mm幅に拡大した。これは国鉄の保線作業者が曇りの日の作業時に列車接近が分かりづらいとの意見からである。
当初の車両番号表記は側面のみ配置し、前面には配置していなかった。ただし、製造途中から連結器横の機器箱にペンキ書きで車両番号が記載され、その後1980年代後半に前面識別帯中央部に車両番号板が設置された。また、1990年代前半からは車掌台側の前面ガラスに編成番号表記が貼り付けされた。1978年（昭和53年）以降、誘導無線の感度向上のため、東西線用では運転席側の端部に誘導無線用アンテナが増設された。
ボルスタレス台車の走行試験
本形式の5335号車では1979年（昭和54年）7月から1981年（昭和56年）5月にかけて、住友金属工業と共同開発した試作ボルスタレス台車FS500A形の走行試験を実施してきた。この走行実績は半蔵門線用の8000系においてSS101形として実用化された。（なお、東京地下鉄では2006年度以降は、安全面などから再度ボルスタ構造台車の採用に切り換えている。）
高周波分巻チョッパ制御の実用化試験
1987年（昭和62年）2月に本形式に、更新車両05系用として採用を予定した1,500V用の高周波分巻チョッパ制御の試験装置の実車走行試験を実施した（編成番号等は非公表）。この制御装置は1988年（昭和63年）に実用化に至ったが、日比谷線の更新車両03系を先行して製作することになり、同車が先に落成した。
車両搬入と飯田橋検車区
開業当初の東西線は地上部がなく他路線との接続もないため、九段下 - 竹橋間（この区間は次期開業予定区間）の本線トンネル上部に搬入口を設置し、クレーン車2台を用いて約11 m下の地下に搬入させた。搬入時期は1964年（昭和39年）10月下旬から12月まで1か月半をかけて実施された。
また、この区間の開業時は地上に車両基地が確保できないため、地下に飯田橋検車区を設置し、この場所で1か月検査・毎日検査（当時の名称。現在は月検査・列車検査と呼称する。）・車両清掃などを実施した。また、同所では車輪転削や車輪交換ができないため、車輪踏面を保護するために最高速度を40 km/hに抑えて運転をしていた 。
車両搬入と定期検査の施工
2次車の車両搬入は国鉄三鷹電車区（現・JR東日本三鷹車両センター）に搬入し、同区に設置した飯田橋検車区三鷹出張所で受取検査・整備等を実施した。その後は中央線三鷹 - 日野間で試運転を行ったほか、一部車両は国鉄豊田電車区（現・JR東日本豊田車両センター）に留置をした。
なお、この時期には1次車が法定検査周期を迎えており、重要部検査を日比谷線千住工場で施工するため、同工場まで国鉄線経由で自力回送された。この検査に合わせて1次車6編成のうち、4編成は同車庫で7両編成化された。また、出場試運転・新車の性能確認試運転は日比谷線終電後に南千住 - 上野間で実施をした。
注 : 当時の法定検査周期は重要部検査は1年6か月または走行距離25万 km以内、全般検査は3年以内である。なお、国鉄線経由の回送ルートは三鷹電車区から中央線経由で新宿へ、そこから山手線（内回り）を経由して上野へ行き、さらに常磐線に入って北千住からは東武伊勢崎線に入り、日比谷線南千住駅へ回送するという複雑なルートとなった。
なお、東西線深川工場の発足は1968年（昭和43年）4月であり、それまでの東西線車両の定期検査については1967年（昭和42年）4月から1968年（昭和43年）3月まで同様の回送ルートで、竹ノ塚検車区（当時）で定期検査業務を実施した。
アルミ車について
1966年（昭和41年）製の7両編成1本と1967年（昭和42年）製の7両編成2本（14両）の計21両は、構体材料をアルミ合金とした試作製造車両である。これは1965年（昭和40年）に試作が決定したもので、アルミ合金製の構体構造・使用形材は同時期に製造された国鉄301系と同一である。車体の材質以外は車体寸法、客室内装、走行機器等ステンレス車と同じとされた。構体重量はステンレス車の9,500 kgに対し、アルミ車はそれより3,550 kg軽い5,950 kgである。
このうち2次車の7両（5950編成）は外板表面は化成皮膜処理後に、クリアラッカーを吹き付け塗装していたが、腐食が発生しやすいため、後にクリアラッカーは剥離されている。この次の3次車の14両（5951・5952編成）はステンレスワイヤーブラシによるヘアライン仕上げとして無塗装化を図っている。
暫定8両・9両編成
1969年（昭和44年）8月25日から朝ラッシュ時の混雑緩和のため、一時的に7両編成10本を8両編成2本 (6M2T) ・9両編成6本 (8M1T) 化した変則編成が造られた。これは全体の車両数を増加させずに車両編成を増車するための施策であった。
ただし、工場入場時には正規の7両編成に戻すことが決められていたため、編成が変更される場合があった。
千代田線用
千代田線においては、当初から電機子チョッパ制御を採用した6000系車両を投入する予定であった。しかし、当時新しい制御方式であるチョッパ制御は開発・試験に大きく時間を要することから千代田線最初の開業に間に合わないこととなった。このため、東西線用として製造していた本形式を千代田線に投入した。ただし、これは長期の運用を考慮してではなく、将来の東西線輸送力増強時には同線に転籍させることを考慮していた 。
基本的な仕様は東西線用と同様であるが、千代田線のラインカラーとしてグリーン帯を巻いたほか、保安装置にはCS-ATC装置を搭載し、運転台計器盤上部には大形の車内信号器が設置された。ただし、国鉄常磐緩行線との直通運転時には6000系と同型の速度計周囲に車内信号が表示される方式に改造した 。
千代田線は1978年（昭和53年）の全線開業後は小田急小田原線への乗り入れを開始したが、本形式は6000系2次試作車（第01編成）と共に乗り入れ対象外とされた。
千代田線北綾瀬支線開業に際して
千代田線用として実用化される電機子チョッパ制御の試作車として製造された6000系1次試作車（3両編成）は当初、2社のチョッパ装置と抵抗式制御装置を搭載していた。
その後、北綾瀬支線車両として営業運転を実施するにあたり、本形式と同一の台車・制御装置、ブレーキ装置などを搭載する改造を受けた。
このため「車体は6000系」「走行機器は5000系」という車両となった。その後、台車は東西線で廃車となったSUミンデン式FS502A形台車に交換されたが、同車は本形式の抵抗制御時代の走行機器を使用していた車両である。
その他の工事
本形式はその時代に合わせて各種改修工事が施工されてきたが、比較的大きな改修工事を以下に述べる。なお、経年劣化による台車枠の交換や保安ブレーキの新設などについては前述した。
離線対策として5200形以外に5000形に搭載されていたパンタグラフは、1986年（昭和61年）8月から東西線用の車両で撤去が実施された。
1989年度からは保安性の向上を目的に、JR線用の保安装置をATS-B形から、ATS-P形へ改造する工事が実施された。床下ではATS-P形制御装置の新設、運転台ではATS-P表示灯を新設した。
これに合わせて車掌台側にATS-P開放スイッチ、列車番号設定器等の新設を行い、車掌台側の正面ガラス部にあった快速種別表示器は廃止され、前面方向幕に快速種別が表示されるようになった。また、同時期に電気連結器が撤去されている。
冷房化改造
東西線には1988年（昭和63年）11月から後継車となる05系の製造が開始され、東西線の車両冷房化は全て05系の新製で対応する予定であった。しかし、東西線は車両数が膨大であること、この時点で5次車が車齢10年程度であったこと、東西線の完全冷房化を急いでいたことから本形式も4次車以降を中心に冷房化が施工され、継続使用されることとなった。
当初の計画では10両編成16本（160両）が対象であったが、有楽町線新線（現・副都心線の一部）開業に伴う車両製造（07系）が優先されたことからさらに2次車を中心に追加の改造が行われ、最終的には東西線用10両編成23本（230両）と千代田線北綾瀬支線用の3両編成2本（6両）が冷房車となった。期間は1989年度から1994年度まで施工され、同年度を以って東西線・千代田線ともに全車両冷房化された。
冷房改造後から廃車までは10 - 15年程度を想定したもので、改造費用を極力抑えたものとなった。このため、車体の補強を不要として大規模な工事を必要としない、また冷房装置は軽量で簡易型のものを採用し、車内においても冷房化に伴う改造も最低限の内容となった。
冷房装置は三菱電機製の集約分散式CU-764形で、制御は単純な稼働率制御方式（ON/OFF制御方式）とし、冷房能力は24.4kW (21,000kcal/h) である。これは屋根の補強を不要とするため、分散方式の冷房機を屋根上に2台搭載することとした。
冷房装置の設置には屋根を切り欠き、取り付け枠をリベット留めし、車内の冷房用ダクトもFRP製の簡易式のものを天井に直付けでリベット留めしたものである。なお、同時期に車体更新B修工事を実施する車両以外は内装の更新は省略された。この改造時に屋根上の通風器（ベンチレーター）は撤去されたほか、2次車は軸流送風機（ファンデリア）を撤去し、扇風機に改造を実施している。
冷房装置搭載に伴うトンネル内の温度上昇を抑制する目的で、東西線用車については冷房改造時に制御装置を発熱量の多い抵抗制御（直列17段、並列24段、弱め界磁10段）から弱め界磁が無段階制御となる界磁添加励磁制御に変更し、発電ブレーキも発熱量の少ない回生ブレーキに改造した。
この改造に合わせて主制御器はABFM-138-15MRH形に改修（型番が15MDH形から15MRH形に変更）されたが、2・3次車の主制御器は新製に近いものとなった。改造時に5800形・5900形に三菱電機製の静止形インバータ（SIV・三相交流440V出力）を搭載した。これは冷房装置5両分と界磁添加励磁制御の励磁電源2ユニット分を供給用するもので、出力は190kVAとしている。
なお、北綾瀬支線用車（当時）は地上区間でしか運用されないため、抵抗制御のままであった。このほか、同時期に台車は廃車となった東西線車両から転用したSU形ミンデン式FS502A形台車へと交換された。
05系投入後のうごき
スキンステンレス車両については車体の老朽化等もあることから、6000系以降の車両に施工した大掛かりな更新工事は施工せず、置き換え時期を迎えた車両から順次廃車を実施した。
05N系投入による廃車
冷房化工事など事実上の延命工事を実施していた車両も、予定通り改造から10年程度を経た1999年（平成11年）度から廃車が開始された。この時に投入された05系は8次車として大幅なマイナーチェンジが行われたものとなった。同時期には東西線用のアルミ車6両が千代田線北綾瀬支線へと転属されたが、詳細は後述する。その後、2003年（平成15年）度までに10両編成15本（150両）が廃車された。
そして2004年（平成16年）4月1日の帝都高速度交通営団（営団地下鉄）民営化による東京地下鉄（東京メトロ）発足時における東西線用の車両数は10両編成8本（80両）となった。
この時点で在籍していた車両は、車体前面・側面に設置していた営団団章「Sマーク」（シンボルマーク）は東京メトロ「ハートM」マークへと交換された。ただし、本形式の側面窓上部のマークは小形であること、また東西線用車両では乗務員室扉直後へのコミュニケーションマークの貼り付けは見送られた（後述の千代田線用車両はコミュニケーションマークは設置済み）。
その後は05系13次車の投入や有楽町線への10000系投入によって同線から転属した07系によって全車両が置き換えられた。これは2007年（平成19年）3月に東西線の保安装置は、開業以来のWS-ATCから新CS-ATCへの切り換えが予定されていたことから、切り換えを前にした2007年（平成19年）3月17日が東西線における最終運行日となった。
そのほか
2005年（平成17年）末から東京地下鉄では優先席付近のつり革を白色からオレンジ色に交換を進めていたが、東西線用では全編成が交換されなかった。
2006年（平成18年）10月に公開された映画『地下鉄（メトロ）に乗って』の撮影のため、当時東西線に残っていたアルミ車編成が300形をイメージしたラッピングに変更された。撮影終了後は元に戻されている。
2007年（平成19年）1月27日に深川車両基地で開催された「さようなら東西線5000系車両撮影会&工場見学会」では、同日時点で在籍していた第59編成（ステンレス車）・第90編成（アルミ車）が05系第02・43編成や東西線転入直後の07系第03編成とともに展示された。
第59編成については途中から「さよなら東西線5000系」と表記された特製ヘッドマークを先頭車前面に装着し、前述の通り同月29日から3月17日の最終営業日まで営業運転に使われた。また、イベント終了後に廃車が決定していた第90編成は車内に開通式や車両の思い出を中心に東西線の昔の写真を展示した後、予定通りに廃車された。このほか、このイベントを記念して特製の一日乗車券も発売された。
2007年（平成19年）12月15日に綾瀬車両基地で開催された「綾瀬車両基地見学会&車両撮影会」では、5952Fが地下鉄開業80周年記念ステッカーを先頭車前面の車両番号プレートの下部に貼り付けし、自動洗浄機体験に使用された。
廃車の状況
廃車された車両は基本的に行徳検車区（現・深川検車区行徳分室）にて解体処分され、産業廃棄物処理業者を経て金属屑として売却されている。
ただし、ステンレス車に組み込まれて1993年（平成5年）に廃車となったアルミ車5453号車は、営団地下鉄と社団法人日本軽金属協会（当時）と共同でアルミ合金別に選別、回収、溶解の上、元のアルミ合金に蘇らせた。そして、05系第24編成の車体構体部品や車内の荷棚受け、つり手棒受け等にリサイクルされた。鉄道車両構体のリサイクルは当時日本で初めての試みだった。
この時に営団はアルミ車体が熱や荷重によって、どの程度痛んでいるのかを測定したところ、25年程度の使用では補修の必要はないとの結果が出た。