1963年度から投入した車体長18.5m・車体幅2,800mmの片側3扉車。扉は先に投入された第1・2編成より幅が100mm広い1,300mmの両開き扉となり、以後はこの仕様で新製した。主電動機は第1・2編成と同一である。発電制動式。M車・T車ともパイオニア形台車 (PIII-703) を装着していたが、後にM車用PIII-703はTS-801Aに交換され、1985年以降はTc車（制御車）もTS-821Aに交換された。この第9編成までが客用扉の窓ガラス支持がHゴムである。1996年から1998年（平成10年）に廃車された。こちらも非冷房で登場し、改造により冷房装置を搭載した。
落成当時は抵抗制御・回生制動（東急7000系・7200系と同方式）であったが、1985年（昭和60年）ごろに界磁チョッパ制御に改造された。
第13編成までは非冷房で落成し、第14・15編成が新製冷房車（試作冷房車）、第16編成以降が量産冷房車としてそれぞれ増備された。第1 - 13編成は1971年（昭和46年） - 1973年（昭和48年）ごろに冷房化され、同時期にデハ3100形（新製冷房車）を組み込んで5両化された。5両化と冷房改造は前後して進み、5両化が先で残る4両が後で冷房改造されたケースもあった。なお、クーラーの電源は全編成130kVAのブラシレス式MGで5両分の電力をまかなっている。改造冷房車の中間車は編成ごとに冷房改造後の室内の天井形態にも違いがある。先頭車はすべて冷房吹き出し口とファンデリア（換気扇）の併用だが、中間車はファンデリアの代わりに補助送風機としてのラインデリアを装備したものがある。
第15編成までは4両編成で落成したが、輸送力の増強に伴い、後にデハ3100形を1両組み込んで5両化された。そのため、編成中のこの車両のみ装備や性能が異なる場合がある。また、第16編成以降は5両編成で落成している。なお、デハ3101 - 3115の車体は第10 - 13編成とほぼ同じである。
前面形状は、窓周りを傾斜させた2枚窓のいわゆる「湘南形」である。ステンレスでは加工の難しい複雑な形状となる前面上半部はFRPが使用され、ステンレス製の車体にねじ止めしている。ステンレス車の前面にFRPを使用するのは日本では初めての試みであった。このFRP部分にパステルカラーの着色をし、編成ごとに変えて変化を持たせたため、レインボーカラーの電車として人気があった。ステンレスとプラスチックの電車ということで「ステンプラカー」の愛称がある。ただし、のちに実施された更新改造（後述）の際に、このFRP部分は普通鋼に変更された。更新されることなく各地方私鉄に譲渡された初期車は、現在でも前面がFRP製のままである。乗務員室直後部分にも座席があり、乗務員室仕切り部分の一部にも座席モケットが張られている。
京王初のオールステンレス車両である。日本初のオールステンレス車両である東京急行電鉄の初代7000系や、本系列とほぼ同時期に就役した南海電気鉄道の6000系と同様、東急車輛がアメリカのバッド社から導入した技術を用いて製造されている。一部の車両の車内には、同社からのライセンス技術により製造された旨の銘板が取り付けられていた。京王の営業用車両では最後まで運転台のマスコンハンドルとブレーキハンドルが個別に設置され、電磁直通制動を装備する18.5m車体の片側3扉車両であった。乗務員室の内装は緑色である。2003年（平成15年）ごろより1000系と同等の電子警笛が追設された。営業最高速度は90km/h（かつては80km/h）であるが、速度計は140km/h表示で、ATS照査速度表示スペースはない。乗務員室と客室の仕切り窓は3か所であり、中央が乗務員室仕切り扉である。遮光幕などについては京王電鉄#車両を参照。
井の頭線の輸送力増強および、それまで同線で使用されていた緑色車体の鋼製車（「グリーン車」）の代替を目的に製造された。1963年（昭和38年）に鉄道友の会ローレル賞を受賞した。最大で5両編成29本（145両）が富士見ヶ丘検車区に在籍していたが、1996年（平成8年）以降1000系の導入で廃車が進み、2004年（平成16年）11月に未更新車が全廃。以後はリニューアル工事を行った5両編成14本（70両）が在籍していたが、京王電鉄は全車両をVVVFインバータ制御車両に統一する方針であり、本系列は導入予定のATCに対応させないことから、2008年（平成20年）から2009年（平成21年）にかけて追増備された1000系に置き換えられ、2011年12月をもって運転を終了し、全廃された。
バスク地方のギプスコア県イルンに生まれた。レアル・ソシエダの下部組織出身であり、1979年4月8日のラージョ・バジェカーノ戦でデビューした。3シーズン目の1980-81シーズンにはプリメーラ・ディビシオンで優勝し、1981-82シーズンにはリーグ連覇を達成。1982年にはスーペルコパ・デ・エスパーニャで優勝し、1986-87シーズンにはコパ・デル・レイでも優勝している。やはりレアル・ソシエダ一筋だったアグスティン・ガハテとセンターバックのパートナーを組んでいる。1992-93シーズン終了後に引退した。プリメーラ・ディビシオンでは461試合に出場し、公式戦通算ではクラブ最多の599試合に出場している。ゴリスの引退と同時にエスタディオ・デ・アトーチャも閉場し、翌シーズンにはエスタディオ・アノエタに移転した。すでに30歳を迎えていた1988年11月16日、セビリアで開催されたイタリアワールドカップ・予選のアイルランド共和国戦でスペイン代表デビューした。イタリアワールドカップ本大会にも出場し、ベルギー戦ではミチェルが蹴ったフリーキックに頭で合わせて得点した。スペイン代表としては12試合に出場している。