国鉄40系電車
登場
1932年度、大阪地区で初めて片町線四条畷 - 片町間および城東線が電化され、電車の運行が開始されることとなった。この電化開業に合わせて製造されたのが本系列である。鋼製の20m級車体の電車は、制御車、付随車については32系で実用化されていたが、本系列では初めて電動車も20m級車体で製造された（因みに日本初の20m級鋼製車体を持つ電動車は1928年に登場した大鉄デニ500形である）。大阪地区向けには20m級電動車が製造されたものの、東京地区（山手線）では設備の準備が整わなかったため、1932年度および1933年度は17m級車体の33系が投入されたが、1933年度後半からは京浜線向けに20m級車体の新造車が投入され、これ以降17m級電車の新造はない。本系列は東京・大阪両地区の標準形電車として11年間に400両以上と戦前型電車としては最も長期かつ大量に製造が続けられたため、年度ごとの設計変更が忠実に反映されており、形態もバラエティに富んでいる。
モハ40形
1932年から1936年（昭和11年）にかけて80両（40001 - 40080）が製造された、両運転台式の三等制御電動車である。最初の19両（40001 - 40019）は大阪地区向けに製造されたが、それ以後は、東京地区に投入された。1934年から1935年にかけて東京地区に投入された37両はジャンパ栓の仕様が大阪地区用と異なる（大阪地区用は11芯2栓であるのに対し、東京地区用は7芯3栓）ため、番号が40100 - 40136に区別されたが、1936年4月に大阪地区用の連番（40020 - 40056）に改められた。以後の増備もすべて東京地区向けに製造された。
モハ41形
1932年から1939年（昭和14年）にかけて55両（41001 - 41055）が製造された、片運転台式の三等制御電動車である。最初の11両（41001 - 41011）は大阪地区向けで、41012以降は少し間があいて1936年以降の製造となったため、モハ40形のような番号の区分はされていない。末尾の3両（41053 - 41055）は、大阪地区向けである。
クハ55形
1932年から1943年（昭和18年）にかけて96両（55001 - 55096）が製造された、片運転台式の三等制御車である。最初の19両（55001 - 55019）は大阪地区向けで、1934年（昭和9年）および1935年（昭和10年）に東京地区向けに製造された11両は、モハ40形と同様の理由で55100 - 55110に区分されていたが、1936年4月に大阪地区向けの続番（55020 - 55030）に改番された。増備は、1938年製の55062までは東京地区向けであったが、同年製の55063, 55064と1940年製の55065 - 55082、1941年製の55083 - 55085は大阪地区に投入された。
サロハ56形
1933年（昭和8年）、1934年（昭和9年）および1938年（昭和13年）に13両（56001 - 56013）が製造された、運転台を持たない二等三等付随車で、いずれも京浜線向けに製造されたものである。二等室側面窓は幅700mmの窓を二つずつまとめており、側面窓配置は2D222D5D2である。二等室と三等室の境界には仕切りが設けられており、二等室の座席は、同じ3扉の二・三等合造車として製造されたクロハ69形同様、仕切壁側に当時の電車二等車共通の固定式クロスシートを2組×2列配置し、客用扉の両側は座布団の奥行きを大きくしたロングシートを配置した。また、56005 - 56013は鉄道省の工場（大井工場、大宮工場）で製造されたのが特筆される。鉄道省の工場で電車が新造されたのは、1917年以来のことであった。また、1938年製の2両（56012, 56013）は、大阪地区から借り入れていたクロハ59形の代替として新造されたものであったが、同年9月に戦時輸送の開始により京浜線の二等車が廃止されたことから、12月に落成したこの2両は、当初から全室三等代用で就役した。
サハ57形
1933年から1941年（昭和16年）にかけて47両（57001 - 57047）が製造された、運転台を持たない三等付随車で、全車が東京地区に投入された。
モハ60形
1940年から1943年（昭和18年）にかけて126両（60001 - 60126）が製造された片運転台式の三等制御電動車である。モハ41形の電動機出力増強形で、クモハ41形が出力100kWのMT15であるのに対し、本形式は出力124kWのMT30を装備している。また、戦争が激化していく中で増備が行われたことから、電装品の調達が間に合わず、一部の車両（60001 - 60005, 60112, 60113, 60115, 60116, 60118 - 60125）は電動機や制御器などの電装品を装備しない付随車代用で就役している。
投入先は、60001 - 60025, 60042 - 60089, 60112 - 60126が東京地区、残りの60026 - 60041, 60090 - 60111が大阪地区である。
クハニ67形
1936年（昭和11年）および1939年に8両（67001 - 67008）が製造された片運転台式の三等荷物合造制御車で、1936年製の2両は常磐線の松戸電化開業用、1939年製の6両は赤羽線、総武線、横浜線で使用された。荷物室を運転台の後位に設置した関係で、前面は非貫通の3枚窓となり、客室部の側面窓は幅800mmの窓が1枚多い6枚で、荷物室には幅1200mmの両開き式の引戸が2か所設けられている。側面窓配置は、d1D（荷）1D（荷）1D6D2という変則的なものとなっている。
1939年製の6両は、荷物室の荷重を減らして客室面積を拡大したクハニ76形として計画されたが、結局は1936年製とほぼ同様な車体を持つクハニ67形の増備となった経緯がある。
戦前の試作車・試験車
大都市で通勤用に大量製作されたことから、通風等の改善のための試験用として試作的な要素を持って製造されたものがある。
通風改善試験
車内の通風改善を目的として、軽合金製の客用扉の窓下に鎧戸を設けたもので、1935年製の40068が該当する。
また、クハ55形では1940年製の55081, 55082に天井ファンが設けられていた。試験結果は詳らかでないが、1956年および翌年にかけて実施された更新修繕IIで撤去されてしまった。
戦時改造
本系列は、東京と大阪の両地区で使用されたため、戦時改造の方針は異なる。東京地区では、二等車の格下げや、クロスシート車のロングシート化、座席削減であったが、大阪地区では、4扉改造を施された42系の高速台車との振替えを行い、高速台車に換装されたモハ40, 41の両形式をモハ51形に編入するという、複雑な計画となった。これらの改造は、戦時輸送のための輸送力増大への対応が目的であったが、戦争の激化とそれに伴う資材不足により当初計画されていた全車に改造工事を施工することはできなかった。
サロハ56形の格下げ
サロハ56形は、1938年の京浜線二等車廃止にともなって、三等車代用として使用されていたが、1943年（昭和18年）から正式に二等室のクロスシートと仕切り壁を撤去して全室三等車に変更した。これにより、サロハ56形は旧番号順にサハ57形（57048 - 57060）に改称され形式消滅したが、外観はサロハ時代のままであった。
モハ51形の編入
東京地区では、中央線でセミクロスシートのモハ51形26両（51001 - 51026）が運用されていたが、1943年からクロスシートを撤去の上ロングシート（座席削減）化された。この改造により、大阪地区の同形式と異なり、40系と歯車比が同一であることから、モハ41形（41056 - 41081）に編入された。こちらも、外観上の変更はない。
大阪地区
大阪地区の40系は、前述のように電動台車の振替えを伴ったため、モハ40形、モハ41形は高速型3扉車のモハ51形となった。また、3扉クロスシートのクハ68形、クロハ69形については、ロングシート化（座席削減）にともなってクハ55形に編入されている。計画は改造途上で変更が行われたため、一部の車両で改造後に再改番が行われている。
改造の内容は以下のとおりであるが、その他に関西急電用（52系）のサハ48形（48029 - 48036）、サロハ66形（66018, 66019）を3扉ロングシート化してサハ57形（57061 - 57070?）とする改造が計画されたが、こちらは施工されないまま中止となった。
戦後の状況
本系列は、戦時の通勤輸送を完遂するため相当に酷使されたが、戦争の末期に始まった米軍の空襲により、実に4分の1弱の89両が戦災により喪われ、戦後は旅行の制約がなくなったことから、輸送量が激増し、さらに疲弊の度合いを増していった。残った車両は、1948年頃から更新修繕Iにより、戦前の状況に復していったが、それと並行して車内設備の向上等の改良も行われていった。
色見本電車
1947年、東京地区所属の電車に試験塗装が行われた。これらは、山手線で実施された緑塗装に先立って試験的に塗色変更されたもので、60006は黒緑、60023は青緑色、60066は黄緑、60123は緑褐色とされた。その他に57001が淡黄緑、65218が赤茶とされ、色見本電車と呼ばれた。
戦災モハ60形を復旧
60016は1945年2月、横浜で米軍機による爆撃を受けて半焼したが、1948年12月に制御車代用として復旧され、記号が「クモハ」に改められた。形式番号の変更は行われなかったが、後述する1953年6月1日に実施された車両形式称号規程の改正により、正式にクハ55形へ編入された。
モハニ41形
1951年5月、身延線で使用されていた41016は、豊川分工場で運転台直後の客室に仕切りを設けて荷物室を設置し、記号を「モハニ」と改めた。新形式を与えることも検討されたが、1956年12月に復旧された。
戦災廃車の復籍
1945年6月7日に淀川電車区内で半焼し廃車された40006は、1952年3月、車体を流用のうえ41127として復旧された。その際、後位運転台は撤去され、前位運転台は半室式だったものが全室式に改造されている。本車は、名義上木造電車モハ1028の改造とされている。
モハ40形、モハ41形の出力アップ改造
前述の戦時改造を免れた、大阪地区に配置されていたモハ40形（6両）およびモハ41形（7両）は、1952年から1953年にかけて従来の出力100kWのMT15を出力128kWのMT30またはMT40に交換する改造を受けた。改造時には形式番号の変更は行われなかったが、後述する1953年6月1日の称号規定改正に伴って、モハ40形の改造車は新形式モハ61形に、モハ41形の改造車はモハ60形に編入された。
モハ41形のモハ51形への復元
戦後も京阪神緩行線及び急電に残った42系は、1950年の80系投入に伴い横須賀線に移籍し、代わりに東鉄から戦災を逃れた中央線の旧モハ51形のモハ41形23両が京阪神緩行線に転入した。この旧モハ51形のモハ41形に対し、1951年から1952年にかけてセミクロスシートへの復元改造を実施したほか、他のモハ51形と性能を合わせるために歯車比の変更（1:2.52→1:2.26）を行い、旧番号に復帰した。
モハ51形、モハ54形、クハ55形（旧クハ68形、旧クロハ69形）の復元
上記の改造と同時期に、京阪神緩行線でいったんロングシート車として整備されていたモハ51形、モハ54形とクハ55形（旧クハ68形、旧クロハ69形）について、3扉セミクロスシートへの復元改造が実施された。この改造は旧モハ40形、モハ41形のモハ51形、旧クロハ59形の旧クハ68形に対しても行われた。
これらの過程で城東・西成線や片町線で運用されていた51系出自の各形式が、京阪神緩行線に転入してセミクロスシートへ復元されている。
モハ60形、クハ55形のセミクロスシート化
旧モハ51形、旧クハ68形の復元改造と同じくして、もともと3扉ロングシート車として製造されたモハ60形、クハ55形のうち京阪神緩行線で運用されていたモハ60形21両、クハ55形31両に対してもセミクロスシート化が実施された。ただし、この段階では、セミクロスシート化の改造（復元）を受けた車両の改番を実施しなかったことから、モハ60形やクハ55形の中にロングシート車とセミクロスシート車が混在することになった。
1953年車両形式称号規程改正による変更
1953年6月1日に施行された車両形式称号規程の改正は、車体長17m級電車の改番整理が中心であったため、改番対象となったものは多くない。改番日以前に仕様が変更されていたものの改番が行われていなかったものをこの機会に整理したものである。
モハ40形800番台をモハ30形に変更
モハ40形のうち、運転台撤去により中間電動車に改造されていたものを、モハ30形（2代）に改めたものである。改造時に40800番台に改称されていたもののほか、一部は本改番にかかっていたため、直接モハ30形に改番された。改番については#モハ40形の中間車化改造を参照。
モハ60形（制御車代用）をクハ55形に編入
戦災復旧の際電装解除され、制御車代用として使用されていた60016は、この改番で正式に制御車とされ、クハ55形に編入のうえ、200番台(55200)に区分された。
1959年車両形式称号規程改正による変更
1959年（昭和34年）6月1日付けで、運転台を持つ電動車（制御電動車）に、新記号「クモ」が制定されたため、本系列に属するモハ40形、モハ41形、モハ60形、モハ61形はそれぞれクモハ40形、クモハ41形、クモハ60形、クモハ61形に変更された。また、従来は記号を含めない2桁の数字のみであったが、今回の改正により記号までを含めて形式とされた。
本系列においては、この車両形式称号規程改正による番号等の変更を行う例はなかった。
クロハ69形をクハ55形に改造
1962年10月、東海道線京阪神地区緩行電車の一等車が廃止されたため、それに連結されていたクロハ69形は順次座席をロングシートに改造し、クハ55形に編入されていった。改造は1963年3月にかけて行われ、クハ55153 - 171（奇数のみ）に改称された。それ以前の1961年3月には、尼崎で焼失したクロハ69010が、座席をロングシートに改造し、クハ55104として復旧されており、同車は1962年12月にクハ55151に改称されている。
保存
1987年（昭和62年）4月1日、日本国有鉄道の分割民営化に伴い、国府津電車区に事業用（牽引車兼職員輸送用）として在籍していたクモハ40054が、動態保存用として東日本旅客鉄道（JR東日本）に継承された。また、同車と同じ用途で使用されていたクモハ40074は、国鉄分割民営化直前の1987年3月30日付けで除籍されていたが、クモハ40054が平妻型であったのに対し、クモハ40074は形態の異なる半流型であったため、これも動態保存することになり、1988年（昭和63年）3月21日付けで復籍した。
両車は、JR東日本管内でイベント用として運行されたが、稀に国府津 - 国府津車両センター間の社員通勤用にも使用された。40074は、青梅線でのイベントに使用された直後の1998年5月7日に全般検査目的で大船工場に自力回送され、検査自体は実施されたが、そのまま大船工場内に留置された。40054は1999年頃まで、前述の職員輸送等にも時折使用されていたが、2000年3月6日、大船工場に自力回送され、これが実質的に最後の本線上自力走行となった。10日後の2000年3月16日には40054・40074揃ってEF64形の牽引により大宮工場に搬入され、以後は保留車扱いとなっていた。更に2000年12月に発生した京福電気鉄道の衝突事故により、ブレーキの多重系統化のできない本形式の運行は停止され、その後は、大宮総合車両センター内で保管されていたが、クモハ40074は2007年（平成19年）10月にさいたま市大宮区に開設された鉄道博物館で保存展示されている。
一方、クモハ40054は2006年（平成18年）4月2日付けで除籍され、その後青梅鉄道公園のC51 5（鉄道博物館展示車両）の代わりに同公園で展示するため、大宮総合車両センターで整備し、2007年5月同公園に移動した。