本作では、他のTVシリーズで見られる「総作画監督」という役職を置いていない。読売テレビの意向（後述）を受け、歴代シリーズへの参加経験があった青木悠三が設計したキャラの基本デザインはモンキー・パンチの原作画（漫画『新ルパン三世』時）に近い絵柄で、放送初期はこのキャラクターデザインを反映した作画テイストになっている。特に次元の風貌が本作以外だと「帽子を目深に被り、目線を見せない」スタイルが多いのに対し、本作の放送初期では帽子を上げて普通に目を見せている。放送回数を重ねるうち次第に下請けスタジオや作画監督及び原画マンの差異から生じるキャラクターデザインの違いが出てきたが、特に綿密な作画修正はされなかった（当時のテレビアニメでは現在ほどキャラクターデザインに忠実である事を要求されなかったという時代背景もある）。シリーズ終盤では基本デザインが大幅に変更され、ポップでギャグタッチの強い画に一新された。ルパンのジャケットはピンク、次元が明るい青のスーツにオレンジのシャツ、銭形が薄い緑のコートにピンクのシャツになるなど、全体的に衣装のカラーリングが明るく派手目に変更されている。なお当初の準備段階においてルパンのジャケットは白にする予定だったが、前作のイメージをある程度保つという名目で白に赤を足し、最終的にピンクとなった。また、当時東京ムービー新社から「ルパンのジャケットは緑に戻すのか?」と問われた際、読売テレビは「緑にする必要は無い。だが、赤だけは絶対にやめてくれ」と強く答えたと言うエピソードが残っている。文芸サイドについては、本作から柏原寛司、新井光、宮下隼一、大川俊道などアクション・刑事ドラマ出身のシナリオライターが多数参加した。これらライターの多くは、その後のテレビスペシャルにも携わっている。
高桑は1988年（昭和63年）11月22日、第113回国会の参議院社会労働委員会における、後天性免疫不全症候群の予防に関する法律案に関しての厚生省保健医療局長に対する質疑で、「行きずりセックス論というのはばかげた話なんだ」「（※引用注：日本医師会が発行した感染予防パンフレットを読んで）例えば、『アナルセックスは夫婦間でも感染するか。』と書いてあります」などと発言し、「セックス」という語を計15回用いて、同法案における、当時感染者が急増していたHIVの蔓延対策についての不備を批判した。この質疑はマスコミにも取上げられた。
1972年に入線した6両編成6本は5000系とほぼ同一の制御装置を採用した抵抗制御となったが、1973年製造車から界磁チョッパ制御に変更されている。当初は5000系が特急用、6000系は急行用と位置付けられ、性能もそれに見合うものとされた。1975年から既存の編成に新造車を組み込む形で8両編成化が開始され、平日の特急にも運用されるようになった。6両編成で製造された12編成すべてが新造車を組み込んで8両編成となったが、製造時に想定されていた電動車と非電動車の比率（MT比）1:1ではなく、5両が電動車、3両が非電動車 (5M3T) となり、界磁チョッパ制御の6編成は8両固定編成、抵抗制御の6編成は高尾山口行きと京王八王子行きに分割される休日の特急運用にも充当できるよう5両＋3両の編成となった。これ以降は8両編成での製造が基本となった。1980年に開始された新宿線乗り入れでは、故障した編成を後続編成が押して33.3‰の坂を登れる性能が求められたことから、電動車を1両増やした6M2T編成とする必要があり、中間付随車の電動車化が一部編成で行われ、新宿線用保安装置搭載などと併せて新宿線乗入対応とされた編成全車を車両番号の下2桁が31または81から始まる番号（30番台）に改番、以降は乗入対応編成と京王線専用編成が並行して製造された。1981年からは朝ラッシュ時の一部列車を10両編成で運転するため、増結用の2両編成が製造されたが、8両編成同様新宿線乗入対応と京王線専用で番号が区分されている。1984年に6000系の車体をステンレス化したものと位置付けられる後継の7000系が登場した後も相模原線延伸に伴う新宿線乗入運用本数の増加や10両編成運転の拡大に伴って製造が継続され、1990年まで4扉車の製造が続いたのち、1991年にラッシュ時の混雑緩和のため片側5扉とされた5両編成4本が製造されたのを最後に19年にわたった製造が終了した。1970年代後半の改番以降5+3両編成が車両番号下2桁01 (51) から附番された0番台、京王線専用編成の8両編成と2両編成が同10 (60) からの10番台、20番台が5扉車、乗入対応編成の8両編成と2両編成が30番台となった。1998年から抵抗制御車を先行して廃車が始まり、2001年からは界磁チョッパ制御車、新宿線乗入対応車の廃車も始まったが、当時新宿線用ATCの耐雑音性が低く、VVVFインバータ制御車両が乗り入れできなかったことから、9000系で置き換えた経年の短い京王線専用の8両編成を新宿線乗入対応に改造することで経年が長い乗入対応編成の一部が廃車された。2000年には朝ラッシュ時の混雑が長編成化などの施策で緩和されてきたことから5扉車2編成が4扉に改造され、2002年10月に全編成の帯色がえんじ色から8000系と同じ京王レッドと京王ブルーに変更されている。2006年に新宿線の信号装置が更新され、VVVFインバータ制御車の乗入が可能となったことから、9000系に新宿線乗入対応編成が登場、6000系の廃車が加速した。2009年に6000系は新宿線乗り入れ運用から離脱、2010年までに8両編成が全車廃車された。9000系の増結用や競馬場線用として使用されていたワンマン運転対応の2両編成と、動物園線用の同じくワンマン運転対応の5扉車4両編成が2011年まで残存したが、2両編成が同年1月に、4両編成が3月に7000系に置き換えられて全車が旅客運用を終了した。3両が2004年に事業用車に改造されたほか、1両が若葉台工場に保管ののち、2013年より京王れーるランドで静態保存され、別の2両の運転台部分が同じく京王れーるランドに展示されているが、それ以外はいずれも解体処分された。