車体はE231系電車の構造を踏襲したステンレス製軽量構体で、混雑緩和を定員増で対応するためキハ110系よりも広い幅2,900mmの広幅車体とし、客用扉は幅1,300mmの両開き扉を片側3か所に設ける。車体腰部から裾部にかけて車体幅を絞った「裾絞り構造」であり、側出入口部のクツズリを延長して車体とホームとの間隙を小さくしている。前面は FRP 製で、JR東日本一般形電車の標準形状に類似するが、貫通扉を装備し印象が異なる。連結面間距離はキハ110系と同一の20,000mmである。空調装置は集中式のAU732形を屋根上に搭載する。
水郡線の混雑緩和のため、同線で使用されてきたキハ110系気動車の置き換えを目的に製造され、2007年（平成19年）1月19日から使用を開始した。1999年12月の陸羽西線向けキハ110系気動車の導入から、2007年1月の本系列導入までの約7年間、JR東日本に新型一般形気動車が導入されない状況が続いていた。本系列はJR東日本の気動車としては約16年ぶりの新規設計車となる。なお、本形式投入で捻出されたキハ110系気動車は他地区の車両更新に充当されている。両運転台構造のキハE130形と、片運転台構造で2両固定編成を組むキハE131形・キハE132形が存在する。その後久留里線向け・八戸線向けにも製造されたが、製造時期や投入目的等の違いにより0番台・100番台・500番台に分かれており（100番台はキハE130形のみ存在）、2018年3月時点で計72両が在籍している。
日本には唐代の大小両方の「両」が伝わった。江戸時代初期までは、唐代の「両」が日本に伝えられ用いられていたが、寛文元年（1661年）に度量衡の「衡」が統一され、両替商で用いられる分銅は後藤四郎兵衛家のみ製作が許され、これ以外のものの製作および使用は不正を防止するため厳禁とされた。この分銅は「両」を基本単位としている。ただし秤量銀貨の通貨単位は日本では銀一両といえば銀4.3匁のことであり、さらに小判の通貨単位の「両」との混同を避ける意味から「匁」および「貫」が用いられた。すなわち、肆兩（しりょう）の分銅と釣合う丁銀は銀40匁と表した。江戸時代の1両は分銅および定位貨幣の実測による推定では平均して37.36グラム程度であり、江戸時代終盤にやや増加して37.5グラムを超えたという。一方中国では秤量銀貨の実測値一両（大両）を銀一両（テール）と表した。このため、安政5年（1858年）の日米修好通商条約締結の際、約8.6グラムの質量を持つ一分銀は偶然にも質量としての一両の約1/4であることから額面通り銀1/4両であり、中国の銀一両の約3/4の質量である1ドル銀貨＝一分銀3枚という日本側に不利な交換比率を主張する口実をハリスに与えることになり、小判流出の一因となった。明治4年（1871年）5月、新貨条例公布の際、当初1戔（匁）＝3.756574グラムとされたが、同年9月に訂正され1戔＝3.756521グラムと定められたため、1両＝37.56521グラムとなる。その後、換算の便宜のため、メートル法基準となり、明治24年（1891年）の度量衡法により1貫＝3.75キログラムと定められたので、1両＝37.5グラムとなる。しかし明治時代以降は日本国内では尺貫法としては専ら「貫」、「匁」が使用され、「両」は新貨条例にも度量衡法にも登場せず、ほとんど使用されなくなった。その度量衡法も昭和26年（1951年）に廃止され、その後の計量法ではメートル法に統一され公式には使用されなくなった。江戸時代まで使用された後藤分銅の表示は「両」が基本質量単位であり、「匁」は分銅に記載すらなく代わりに「戔」と刻まれている。対して江戸時代の「匁」は銀目としての貨幣単位であり、大坂において商取引の相場は必ず銀目で表された。しかし、江戸幕府は南鐐二朱銀発行以降、銀貨＝丁銀・豆板銀という従前の概念の意識抜き・洗脳を周到に行い、貨幣の機軸は「両」であるという既成事実を息長く積み上げ、また、明治以降は維新政府による1868年の銀目廃止、1891年の度量衡法施行以来、あたかも「両」は江戸時代の貨幣単位、「匁」は質量単位と一般には認識されるようになった。薬種の量目としては1両を4匁（すなわち小両）とするのが一般的であったが、薬種によって4匁4分や5匁とするものもあった。馬一頭が運ぶ荷物の目方（質量）を表す駄法と関連があるとされる記事に、1300年頃に編纂されたとされる『拾芥抄』の中に、胡粉、白鑞（しろめ）、銅鉄、絲綿紅、蘇芳は大目を用い、金銀、水精、青木香、金青、緑青、陶砂は小目を用い、「6銖を1分、4分を1両、12両を1屯、16両を小1斤、3斤を大1斤」とする単位系が記述されている。拾芥抄はこれは俗説であるとしているが、唐の駄法にも全く同一の単位系が存在するという。ここで言う1分とは1銭（匁）の1/10とは全く異なる。甲州金および江戸時代の通貨体系となった「両」および「分」は、これを基に定められた可能性が高く、薬種の量目も金銀の単位体系に準じている。