2002年3月23日ダイヤ改正から設定された種別で、2000年12月2日のダイヤ改正で増発されていた日中の千代田線直通準急を多摩線に振り向けた上で、速達性の向上を図ったものである。停車駅は、代々木上原・下北沢・経堂・成城学園前・登戸・新百合ヶ丘・栗平・小田急永山・小田急多摩センター・唐木田の各駅で、当時急行通過駅であった経堂は停車したのに対し、急行停車駅であった向ヶ丘遊園は通過となった。2004年12月11日のダイヤ改正以降、路線図や車両の種別表示において多摩急行を示す色はピンク色であった。2016年3月26日のダイヤ改正で日中ダイヤの大規模なパターン変更が行われ、日中時間帯の本種別は向ケ丘遊園にも停車する急行に種別変更されたため、通勤時間帯のみの運転となった。2018年3月17日のダイヤ改正で廃止。
1953年4月21日のダイヤ改正で設定された、料金不要ながら座席定員制の「サービス急行」として運行を開始した列車がその起源である。1959年4月21日のダイヤ改正で準特急料金が設定され、準特急に格上げされた。特急用車両の絶対数不足と接客設備の格差によるものであり、車両はセミクロスシート車で2320形電車及び特急から格下げ改造された2300形電車が使用され、小田原線内はノンストップで、土休日のみの運行であった。1963年4月1日ダイヤ改正で廃止。
土休日ダイヤ2015年3月14日、平日ダイヤ2015年3月16日改正。本改正の主な内容としては、平日夕ラッシュ時の下り快速急行の増発と一部の準急を急行に格上げ、土休日の午前中は快速急行と準急、夕方以降の快速急行の増発のほか、特急ロマンスカーの発車時刻をパターン化し、下り急行は急行停車駅で各駅停車に接続するなどがあげられる。また、一部列車の運転区間延長が行われる。また、乗り入れ先の箱根登山線からの新宿行ロマンスカー・急行への接続が改善され、箱根湯本発小田原行の一部列車の発車時刻が変更される。
土休日ダイヤ2014年3月15日、平日ダイヤ2014年3月17日改正。本改正の主な内容としては、朝ラッシュ時の上り快速急行の設定と千代田線直通列車の増発、土休日の特急「ホームウェイ」増発のほか、多摩線内各駅のホームが10両分に延伸されたことに伴う各駅停車の一部10両編成化などがあげられる。また、一部列車の運転区間延長が行われる。なお、乗り入れ先の千代田線およびJR常磐緩行線では同日のダイヤ改正でデータイムに列車が増発（千代田線内は毎時10本から12本に、常磐線内は毎時5本から6本に）され、このダイヤパターンの変更により日中の「多摩急行」はすべて唐木田駅 - 我孫子駅間の運転（3社直通）となった。また多摩線に、平日朝下り1本の新宿始発の準急が設定された。
2000年12月2日改正では、高架化の進展に伴い、経堂駅に停車する準急の設定を大幅に増加させた。経堂駅が高架化に伴い10両編成が停車可能になったことを受けたもので、朝ラッシュ時の上り準急のみ通過する。同時に、相模大野発着の営団千代田線直通準急の大幅な増発を行った。また、箱根登山線直通の急行の増発が図られ、日中の運行本数は毎時2本から4本に倍増した。これにともない、箱根登山線小田原駅 - 箱根湯本駅間では、箱根登山鉄道の車両は日中は走らなくなった。このほか、急行の停車駅に湘南台駅が追加されたほか、急行と特急「ホームウェイ号」においては多摩線直通列車が設定され、初めて多摩線に急行と特急が走るようになった。このうち、急行は初めて千代田線直通として平日の朝ラッシュ時に設定された。またこの改正より、千代田線車両（6000系・06系）が小田急線内で夜間留置となる運用（外泊運用）が登場した。
1999年7月17日改正では、主に特急の運行体系・列車名が大幅に変更された。それまで「さがみ号」「あしがら号」として運行されていた列車は「サポート号」に一本化されたほか、18時以降に新宿駅を出発する特急については、すべて「ホームウェイ号」に変更された。また、町田駅、本厚木駅、秦野駅へ停車する特急の本数が増加した。平日の一部急行に限り行われていた相武台前駅停車については、本改正で廃止となった。また、それまで多摩線と小田原線を直通する列車は朝方上りだけの設定であったが、本改正で新宿駅始発唐木田駅行の各駅停車が新設された。さらに、24時台の列車本数を1本減便するとともに、平日の新宿発最終列車が向ヶ丘遊園駅行きから経堂駅行きに変更になるなどにより、最大13分繰り上げられた。なお、首都圏のJRおよび大手私鉄では初の終電繰り上げとなった。
登場当時は8両固定編成のみで、運用も京都線の急行のみに限定されていたが、2019年現在では8両編成は京都線内の特急・通勤特急・快速急行・快速・準急・普通と千里線・Osaka Metro堺筋線の普通・堺筋準急に使用されている。行楽期には8両編成のうち2+6両編成の6両側が梅田駅 - 嵐山駅で臨時運転される快速特急「さがの」や嵐山線で通常運用されている4両編成の6300系の代走として線内折り返し運用に充当される。2019年1月のダイヤ改正までは土休日運行の快速特急「京とれいん」が検査などで運用につけない場合は代走に入っていた。ダイヤ改正以降は、改正初日から2月17日まで快速特急A「京とれいん」が検査のため、本系列が代走についており、快速特急についても「京とれいん 雅洛」が営業運転を開始する2019年3月23日まで本系列が代走についていた。快速特急Aについては、本系列による代走であっても十三駅は通過扱いとなる。8300系は総数84両が阪急電鉄からケイマン諸島のリース会社であるS&H Railway Co.,Ltd.に、2002年（平成14年）3月29日付けで売却され、そこからのリースによって使用するようになっていた。その後、2007年の契約満了後に阪急電鉄に買い戻されている。