京王5000系電車 (初代)
3000系はPT42パンタグラフを新造したが、当時京王線車両のほとんどが使っていて取り扱いにも慣れていること、後述するように空気ばね台車を装着しているため、高速走行時も充分安定して集電できるということから流用品で済まされた。
制動装置は後述する増結用の5070系の走行装置や、既存の京王線車輛との関係上、2010系と同じA動作弁を用いブレーキ管減圧制御を行う自動空気ブレーキに、中継弁によるブレーキ力増幅と電磁弁による電磁速動機能・発電ブレーキとの連動機能を追加した、予備直通ブレーキ機能および機械式応荷重装置付きのARSE-D電磁自動空気ブレーキを搭載する。
台車はデハ5000形・5050形がアンチローリング装置を設けた日立KH-39、クハ5700形が東急車輛製造TS-320、クハ5750形は日本車輌製造NA-312T、いずれもインダイレクトマウント構造を採用した空気ばね台車で、京王線向けでは初の空気ばね台車採用となった。日立製と日車製はウィングばね式であるため外見上DT32形台車とよく似ている。東急製は軸ばね式で、更に保守不要のゴムベロー制動筒付きユニットブレーキを装備した。いずれの台車も標準軌に改軌できるようになっていたほか、制御車用の台車はどちらも電動車用にできる構造になっていた。1次車の制御車わずか6両に2種の台車が使用されているのは、当初クハは製造費低減のためにパンタグラフ同様、昇圧工事に際して廃車となった中型車のイコライザー式の台車が流用される予定であったところ、東急車輛と日本車輛が試作的な空気バネ台車を制作して京王に提供したためと言われる。
さよなら運転に充当した5722編成と5723編成のうち、クハ5723が東京都八王子市堀之内の京王資料館に保存された。2013年4月に京王れーるランドでの保存展示に備えて多摩動物公園駅前に移動し、同年10月から京王れーるランドに作られた屋根付きの展示スペースで、一般公開が開始されている。
5113 - 5118編成 : 集中型FTUR-375-208 (30,000kcal/h・34.88kW)
1977年(昭和52年)以降の新製車から全車集中型が標準となったことにより、最後に改造された本グループも集中型のみとなった。
5716編成のデハは冷房容量の不足が否めなかったため、1985年(昭和60年)に集中型FTUR-375-208Bに交換された。また、新製冷房車のうち集中型を搭載した車両は冷房装置更新の際に、5719編成がクーラーキセが独特の形状をした集中型FTUR-375-206(冷凍能力30,000kcal/h・34.88kW)に、5720編成・5124 - 5125編成が集中型FTUR-375-205に交換された。なお、FTUR-375-205に関しては後年、6000系のクーラー更新時に余剰となったFTUR-375-208Bに交換された車両もある。
伊予鉄道 - 700系
富士急行(現・富士山麓電気鉄道) - 1000形・1200形
一畑電気鉄道(現・一畑電車) - 2100系・5000系
高松琴平電気鉄道 - 1100形
わたらせ渓谷鐵道 - わ99-5020・5070「トロッコわたらせ渓谷号」。旧デハ5020・デハ5070
銚子電気鉄道 - 3000形(元・伊予鉄道700系)
岳南電車 - 9000形(元・富士急行1200形)
これらの車両はすべて譲渡先のオリジナルカラーで運転されていたが、2012年(平成24年)7月に一畑電車2100系、同年10月に富士急行1000形電車のそれぞれ1編成2両が京王時代の塗装になった。これらは、2013年(平成25年)に5000系が登場50周年を迎えたことから、3社共同企画として実施された。
1次車(1963年8月 5701F-5703F、5071F-5073F)
京王線1500V昇圧当日の1963年8月4日にデビューしたグループ。車内のスピーカーは4か所で、ドア上の鴨居部には塗装品が使用されていた。クハ5771などは増結運用を想定し、前面に貫通幌を取り付けて入線している。
2次車(1963年12月 5074F-5076F、1964年2月 5004F-5006F)
1964年4月29日の動物園線開業を控え、新宿からの直通運転を行うことと、同年秋の特急の全列車6連化のための増備車。ただし5070系は1963年の冬のラッシュ時対策で6連運転を増やすために先行で導入した。クハ5770形が貫通幌をつけて導入された点は1次車と同様。
車体及び台車はほぼ1次車と共通だが、室内設備で客室内スピーカーを6か所に増設し、ドア上の鴨居部分もステンレス製に変更した点が異なる。
3次車(1965年3月 5707F・5708F 、1965年4月 5077F・5078F)
京王線の車体限界拡張工事が完了し、ホーム上面高さが2,700mmに拡大されたことで最大寸法2,844mm、車体は2,800mm・すそ幅2,700mmと車体幅を100mm拡大した。正面窓幅・柱幅なども変更している。また側面幕板部分に運転台から操作可能な行燈式の種別表示器を追加し、パンタグラフをPT-42に変更。
デハ5000形・デハ5050形の台車がKH-39A、クハ5700形・クハ5750形は日本車輛NA-312Aとなった。
腰板を折った裾絞りの断面形状は当時首都圏の通勤形車両としては珍しく、他社では本系列の1年後の1964年(昭和39年)に登場した小田急2600形と、1970年(昭和45年)に登場した相鉄新6000系程度しか類例を見ない。
側面窓及び扉の配置は、2ドアクロスシート車とする案もあったが、新宿ー八王子間の距離が40kmにも満たないことや、朝ラッシュアワーの新宿方面の列車に必ず使用されるため、その際の客扱いに懸念があったことと、在来車との汎用性を持たせることから、2700系以降の京王線車輛や3000系第1・2編成と同様にいわゆる「新関東型」を踏襲し、3ドアロングシート車とした。先頭車がd1D3D3D2、中間車が2D3D3D2となっている。客用扉として幅1,200 mmの片開扉を3か所に配し、扉間は1,000 mm幅の上段下降・下段上昇タイプで3000系でも採用したバランサー付きのセミユニット方式アルミサッシを、窓間250mm・ドア吹き寄せ部300mmの柱を挟んでドア間に3枚ずつ・連結面に2枚ずつ配した。ガラスはそれまでの京王車両でも破損防止のために採用されていた5mm厚の強化ガラスを用いた。
前面のデザインは京王社内で出た意見をもとに、東急車輛のデザイナーがまとめた。当初から5000系と5070系を併結した6両編成での運転が計画されていたことと、新宿 - 初台間の地下線での脱出路として使うことも想定して、京王史上初めて前面に貫通扉を設けるデザインを採用している。