「諸国御関所書付」によると、小仏関所は、房川渡中田関所、金町松戸関所、小岩市川関所、新郷川俣関所に並び重要な関所とされている。諸国御関所書付此印〇重キ御関所此印△軽キ御関所　武州葛飾郡〇一　房川渡中田　御料〇一　金町松戸　　御料〇一　小岩市川　　同　同多摩郡〇一　小仏　　　　同　同国埼玉郡〇一　新郷川俣　阿部能登守　　　右五ヶ所の分、女共儀は、五留守居証文を以て通る— 「諸国御関所書付」、大島（1995）67-68頁
天正8年（1580年）に、関所は小仏峠から、東側の駒木野の地に移された。関所は移設されており、文化8年の「奉願候覚」によると、関所が山上から駒木野へ移設されたことが記されている。また、『高尾山文書』、太田資正の制札によると、永禄4年（1561年）駒木野に関所があったことが記されている。　　制札右武州小仏谷関越えに、諸軍勢濫妨狼藉堅くこれを停止す。若し違反の輩は甲乙人を嫌わず、罪科に処すべきの状、件の如し　永禄四年二月　日　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　印（地帝妙）— 『高尾山文書』、大島（1995）、182頁、所収。小仏関所は、武蔵・相模の国境、高尾山の小仏峠周辺にある、甲州街道に置かれた。安政2年（1855年）『旅行須知』によると、甲州街道に置かれた関所の所在地と番所が記録がある。その中で、駒木野（小仏）関所が、もっとも重要であった。甲州街道御関所は、駒木野（小仏）なり。この外に御番処という処に三ヶ所あり。上野原・鶴瀬・山口— 『旅行須知』（安政2年）より、大島（1995）、181頁、所収。
戦国時代天正年間（天正元年（1573年）から文禄元年（1592年））に、北条氏照が小仏峠に設置した。小仏関跡よりも上方にあり、城山で、小仏峠の東南約500 m、標高672 m辺りにあり、高地であったことから、富士山も遠く眺望できたため、「富士見関」、「富士関」ともいわれた。 『武蔵名勝図会』によると「小佛古関趾嶺上ニ在リ」との記録がある。
設計の基本となったのは、同じく軸配置2-8-2（1D1=ミカド）のテンダー式機関車であるD50形で、三缶胴構成の燃焼室を持たない広火室構造のストレートボイラーを搭載し、棒台枠を採用するなどの基本設計は共通である。ボイラー使用圧力は当初D50形の13 kg/cm²に対して14 kg/cm²と1 kg/cm²昇圧、シリンダー径を縮小しつつ牽引力の若干の増大を図っている。また、リベット接合部を電気溶接（アーク溶接）で置き換えるなど、構造と工法の見直しを行って軸重の軽減と全長の短縮を実現し、全国配備が可能となった。最大動軸重を14.3 tに引き下げ、これによりD50形では入線が困難だった丙線への入線が可能とされた。ただし、標準形以降は最大・平均ともに動軸重が増大し、特に最大動軸重は最終的に15.11 t（第4動軸）とD50形（14.99 t〈第1動軸〉）以上の値となっている。全長は初期形でD50形より571 mm短縮された。フロントオーバーハングの大きいD50形は、退行運転や推進運転時に、軽量な二軸車を中心として連結相手を脱線させてしまう事故をしばしば起した。この問題は本形式で前部デッキと先台車の設計変更により改善が図られたが、その反面、先台車周辺の保守が困難になり、検修陣にはD50形と比して本形式を嫌う者も少なくなかった。また、先台車からテンダーの第4軸までの長さが17 mを、前部端梁からテンダー後部端梁までが19 mを、それぞれ超過するD50形は60フィート (18.3 m) 転車台での転向が難しく、通常は20 m転車台での転向を必要としていた。この短縮により亜幹線クラス以下の路線に多数存在した60フィート転車台での転向が可能となったことは、本形式の運用範囲拡大に大きく貢献している。動輪はそれまでのスポーク動輪から、輪心を中空構造の箱形（ボックス）輪芯に変更している。これはアメリカで開発され、本形式の設計が始まった1935年（昭和10年）の前年に当たる1934年（昭和9年）に製品が発表されたものをいち早く採用した形である。その構造・形状から太鼓焼きや蓮根といった異名で呼ばれることもあったが、円盤に近い形状であるため円周の各部に均等に力がかかり、また比較的軽量であると言う利点から以後ほぼ全ての省形蒸気機関車に採用されている。戦時形ではボイラー使用圧力15 kg/cm²への引き上げがなされ、動軸重の増加も行って牽引力を増大した。初期形、標準形についても戦後に缶圧の引き上げと輪重増大改造が行われた。ただし、燃焼室を装備していないため、他国の蒸気機関車と比較すると熱効率が良いとは言えない。電気溶接の全面的な採用と箱形化され動輪輪芯など、形態的には同時期に設計されたC57形との共通点が多い。