高速運転時の騒音・環境対策として、トンネル進入時の微気圧波低減のため先頭車両形状の最適化が行われた。車体はアルミニウム合金製である。シングルスキン構造を主体に側構体にダブルスキン構造を用いた編成もある。客用扉にはプラグドアの採用して車体表面を極力平滑化することにより空力音を低減した。車体側面には行き先・列車種別・座席表示を兼ねたLED式行先表示器が設置されている。
両先頭車が付随車、中間車はすべて動力車となっている。北陸新幹線「あさま」として運用される8両N編成と東北新幹線・上越新幹線で運用される10両J編成の2種類があったが、N編成は2017年3月31日をもって運用を終了し、翌月4月で全廃となり、J編成のみとなった。
日本において、2階建で設計・製造されたバスの嚆矢となるのは、近畿日本鉄道自動車局（現在の近鉄バス）が1960年（昭和35年、量産車は翌1961年）に導入した「日野・ビスタコーチ」（座席数83席）である。車体は近畿車輛製で、ホイールベース間を2階建構造とした。1階は右側に寄せて3列、2階は左右に2列ずつ座席を配したが、1階通路の天井高を確保するため、2階左側座席のみ30cmほど床が高くなっていた。昇降口は1階通路左側にありノンステップ構造であった。日本での2階建バスの本格的な導入は、1979年（昭和54年）に大阪の中央交通が西ドイツ（当時）のネオプランから本格的な2階建バス「スカイライナー」を輸入したことに始まり、2階建バスブームが起きた。その後、西ドイツやベルギーのライバル企業がこぞって日本市場に参入し、日本の観光バス事業者は看板車両として2階建バスを導入した。路線バスでは、1982年（昭和57年）より2001年（平成13年）まで、東京都台東区が西ドイツからの輸入車両を使用して上野公園 - 浅草雷門間を東京都交通局（都営バス）に委託して運行していた。1989年（平成元年）から2000年（平成12年）まで、江戸川区が小岩駅 - 葛西臨海公園駅間で京成電鉄（現在の京成バス）と都営バスの2社局に委託して2階建バスを運行していた。日本のメーカーも1983年（昭和58年）から日野自動車・日産ディーゼル・三菱自動車の3社が参入した。日野自動車は、1985年に本格的2階建バス「グランビュー」を発売するに先立って、1982年に近畿日本鉄道と共同で低床路線バスをベースとした試作車（RE161改）を製造した。しかし、後述する問題点や、バス事業者の新規導入ブームが落ち着いていたことから需要が広がることはなかった。さらに2階建バスに代わり、より安価なスーパーハイデッカーがバス事業者の看板車両として導入されるようになり、日野と日産ディーゼルの2社は1980年代の終わりに相次いで2階建バスの製造を中止した。製造台数は両社とも非常に少なく、日野12台・日産ディーゼル11台という状態であった。いすゞ自動車は2階建バスを製造しなかったが、代理店として西ドイツ・ドレクメーラー社の2階建バスを輸入し、いすゞユーザー向けに販売した。1990年代に入ってからの規制緩和で2階建バスのワンマン運行が条件付きで可能になり、3列化が進んだ夜行高速バスの定員増の手段として2階建バスの導入が見直されるようになった。三菱ふそう・エアロキングはJRバスの夜行高速バス「ドリーム号」で急速に需要を拡大し、高速バスを運行する他の事業者も2階建バスを導入するケースが増えた。加えて、ネオプラン社は再び日本国内向けに2階建バスを生産するようになり、「ドリーム号」や「昼特急」などで使用されている。日産ディーゼルは1993年から2000年まで、ベルギー・ヨンケーレ社にエンジンとシャーシを輸出し、同社でバスを組み立てて輸入する形で、再び2階建バスを日本国内で販売した。2000年にベースとなる3軸スーパーハイデッカー「スペースウィング」が製造中止となり、この逆輸入車も同時に製造中止となった。JRバス関東では慢性的な輸送力不足が続く「つくば号」の輸送力増強として、2002年12月から2006年5月まで全長15mの「メガライナー」を運行していた。その後、「青春メガドリーム号」で使用されていたが、車両火災により運行停止命令が下され、廃止となった。一方で、三菱自動車の「エアロキング」は2階建てバス市場に参入して以来、夜行高速バスや観光バスなどで一定の採用実績を残してきた。2005年に三菱ふそうトラック・バスへ分社などの事情により生産中止となったものの、2006年にはJRバスが既存のエアロキングを改造してグレードアップを図った「プレミアムドリーム号」が運行を開始するなど、需要は尽きず、2008年になり改良を加えて復活を果たした。私鉄系では古くから2階建て車の実績を持つ近鉄バスが多く採用しているほか、西日本鉄道では2009年に「はかた号」で採用している。しかし2010年8月末に生産・販売が中止された。三菱ふそうと日産ディーゼルはバス事業において相互OEMを行っていたが、「エアロキング」は日産ディーゼルには供給されていない。2階部分の屋根がない車両（オープントップバス）を運行している例もある。日の丸自動車興業が2004年9月10日から東京都内で「スカイバス東京」を、はとバスが2009年11月1日から同じく東京都内で「オー・ソラ・ミオ」を、西日本鉄道が2012年3月24日から福岡市内で「FUKUOKA OPEN TOP BUS」を、中国JRバスが2014年4月19日から広島市内で「めいぷるスカイ」を、近鉄バスが 2014年7月10日から大阪市内で「OSAKA SKY VISTA」を運行している。