埼玉県により、東京都との境から桶川市の埼玉県道12号川越栗橋線へ至る31.8kmの道路が都市計画道路「東京大宮線」（完成4車線）として立案され、このうち、都県境から上尾市の埼玉県道323号上尾環状線へ至る24.5kmが事業化された。完成区間から順次共用されてゆき、2004年（平成16年）12月18日にさいたま市南区から緑区にかけての区間が開通したことで、起点から上尾市内の原市駅交差点（東北新幹線高架下）までの23.1kmが完成した。その北の埼玉県道323号上尾環状線までの1.4kmが、2007年（平成19年）3月28日に4車線で開通し、当初の事業化区間は完成した。さらに北の、埼玉県道12号川越栗橋線（桶川市五丁台）までの7.3kmの区間は事業化の目処が立っていなかったが、埼玉県道150号上尾蓮田線（上尾市平塚）までの0.9kmの区間のみ、2016年（平成28年）度より暫定2車線での整備に着手した。開通している区間の大部分は4車線になっているが、さいたま市見沼区内に2車線区間がある。このうち、東武野田線とのアンダーパスを含む区間（大和田町の0.9km）は2017年（平成29年）7月27日に4車線化 したが、JR宇都宮線を越える陸橋の前後（東大宮の約1.5km）は未定である。また、上尾市原市で国道16号・埼玉県道3号さいたま栗橋線を跨ぐ原市陸橋は、上下線の中央寄り2車線のみの構造であり、外側2車線は下の交差点へ向かう。
基本性能はEH500形に準じており、交流20kVまたは25kVを主変圧器を経由して主変換装置に導き、交流誘導電動機を駆動する。交流20kVおよび25kVに対応する複電圧車であり、主変圧器は、外鉄形送油風冷式を採用した FTM5 を各車に1基ずつ、計2基搭載する。交流20kVと25kVに対応するために新規開発がなされ、定格容量は2,598kVAを備える。三次巻線には、山形新幹線や秋田新幹線の新在直通新幹線で使用されている三次電源タップ切替方式を採用し、架線電圧が切替わった際、地上子からの信号を受信後にタップ切り替えを行うことで三次巻線の電圧変動を抑える。青函トンネル内の12‰の連続勾配において1,000tの貨物（コンテナ車20両分）の牽引を行うため、起動時の引張力はEH500形と同じ 411.6 kN（42t）とし1時間あたりの定格も4,000kWとしているが、これは共用区間での25kVにおいての性能であり、在来線区間の20kVにおいては性能が共用区間の76%の出力となる1時間あたり3,040kWとなり、最大けん引力は変わらないものの高速域での性能が低下する。主変圧器二次巻線以降の主回路機器に関してはEH500形と同等であることから、主変換装置はEH500形のものをベースに25kVに対応し、電圧形PWMコンバータ1基+電圧形PWMインバータ1基で構成された FMPU17 を4基搭載する。主変換装置1基で2基の電動機を制御する、いわゆる1C2M構成（台車単位での制御）とし、異常時には隣接する車両からの延長給電が可能な設計である。主変圧器三次巻線とは異なり、架線電圧が変っても主回路の切替えを行わず、架線電圧が低下した場合には、それに応じて出力が制限され、前述した20kVでの76%の出力を出すことができる。補機用の電源となる補助電源装置は、電圧形PWM制御インバータ FAPU8 を2基搭載する。主変圧器の2次側にある電源タップ切替機能を持つ三次巻線（単相交流1,366V 50Hz/単相交流1,389V 50Hz）を電源として三相交流440V 50Hz（定格容量150kVA）を出力する。機器配置を変更して防水性と防塵性を向上させている。主電動機はEF210系以降のJR貨物電気機関車で標準的に採用されているかご形三相誘導電動機のFMT4A（定格電圧1,100V、定格電流370A、1時間定格出力565kW）を8基吊り掛け式で搭載する。冷却方式は強制風冷方式である。集電装置はシングルアーム型パンタグラフ FPS6 が採用されており、1車体に1基搭載しているが、走行中は2エンド側車体からの集電を基本としている。共用区間での架線の位置が在来線軌道中心と新幹線軌道中心から92mm偏倚した中心に位置が変更されることと、架線電圧25kVに対応するため、新規に開発された。上昇方式はバネ上昇式である。制動方式は回生ブレーキ併用電気指令式自動空気ブレーキを採用しており、回生ブレーキを停止と抑速の際に使用する。今までのJRの新形式機関車では、直流区間での列車の運転密度が低い（列車本数が少ない）状態での軽負荷において、回生ブレーキを使用すると回生失効の恐れがあり、電気ブレーキに発電ブレーキを採用していたが、本機は交流区間での運用になるため、回生ブレーキを採用している。また、試作機である901号機は、主変換装置のソフト切替えにより発電ブレーキに変更することができる仕様となっているが、2013年の走行試験結果と環境負荷低減の観点から、発電ブレーキの関連機器を撤去して回生ブレーキのみとする予定である。屋上機器は25kVでの絶縁隔離を考慮した配置となっている。真空遮断器3台と避雷器を1エンド側車体に搭載しているが、これには新幹線で実績がある機器を使用している。真空遮断器は、3台を組合わせることで、集電装置から、それらを介して1エンド側車体と2エンド側車体に搭載されている主変圧器に架線電圧を給電するようになっており、3台の組合わせを変えることで、集電装置の選択や主変圧器の開放ができるようになっている。また、運転室屋根上には、新幹線で使用されている形状の静電アンテナが取付けられている。