大阪市交通局20系電車
座席のモケット交換、バケットシート化
床クロスの交換(茶色 → グレー)
座席中央部のスタンションポール設置
吊り革の増設、改良
乗降扉床面の黄色ライン追加
車内照明器具を蛍光灯からLEDに交換の上、蛍光灯カバーを撤去(2014年度施工車から)
運客仕切戸をガラスの大きいものに交換(2013年度施工車から)
扉開閉予告灯の設置
路線案内表示器、LED式車内案内表示器の設置(2013年度施工車まで)
LCD式車内案内表示器の設置。21系(第5編成以降の改造施工車)、22系(第1編成以降の改造施工車)、23系(第3編成以降の改造施工車)、24系(2014年度施工車から) 21系は第11編成以降の2017年度施工車より、阪急1000系などと同サイズの横長32インチLCDが採用されている。
開扉時の盲動鈴鳴動機能追加(2014年度施工車から。音色は30000系や新幹線700系電車後期車、新幹線N700系電車と同じ)
扉横の手すりを下方向へ拡大(21系は第4編成以降の改造車、22系は第1編成以降の改造車、23系は第3編成以降の改造車、24系は第2・4編成に施工)
荷棚の更新(21系の2015年度施工車(第8編成以降の改造施工車)から)
女性専用車両の荷棚と吊り手の高さ変更(21系の2016年度施工車(第6編成以降の改造施工車)から)
御堂筋線用30000系第10編成以降と同様の防犯カメラの設置(21系の2020年度施工車(第17編成以降の改造施工車)から)
これ以降に製造された車両のドアは、複層ガラスドアで内側の帯状の金具がなくなり、ドア取っ手の位置も下部に変更されている。
その後、1998年より開始された10系のリニューアル工事に伴う運用可能編成数の不足を補うため、第18編成10両が日本車輌製造で追加製造されている。また、同年12月より第12編成が連結面の転落防止幌の試験のために用いられ、その結果2000年より本格的に採用されることになり、全編成に設置されている。
1996年に製造された第16編成から、各扉の上部にLED式の車内案内表示器が設置された。その後1997年から2003年にかけて残りの15本に対して設置工事が施工されたが、第16・17編成が全ての扉の上部に設置されたのに対して千鳥(交互)配置とされ、1998年製造の第18編成でも千鳥配置となっている。
2012年より、第7編成を皮切りに中間更新が行われ、2021年の第18編成の更新工事をもって21系はすべての車両が更新を完了した。改造内容は後述のリニューアルの欄を参照。
2022年より、御堂筋線及び直通先の北大阪急行電鉄南北線の全駅に可動式ホーム柵の設置が完了したことから連結面の転落防止幌の撤去が進められているが、先頭車と次号車間の幌は撤去されていない編成が多い。
平日ダイヤの全列車で女性専用車となる6号車が、車体広告のラッピング車両とされている編成もある。
Osaka Metroによると、2026年以降に低床化による段差解消を目的として新型車両へ置き換える予定としている。
本系列開発の基礎となった、大阪市交通局におけるVVVF制御の実用化研究は、元々石油ショックをきっかけとする建設費高騰に抗するべく1979年3月に局内に設置された「地下鉄小型化調査委員会」における地下鉄車両の小型化研究を出発点としている。
後に7号線(長堀鶴見緑地線)向け70系や8号線(今里筋線)向け80系として結実することになるこの研究の過程では、建設費高騰の最大の要因であるトンネル断面の縮小を目的として、車輪径や床面高さの縮小が重要課題として取り上げられた。これらの課題については、折からの半導体技術の進歩、特にインバータ装置の心臓部となる主回路のスイッチング素子とそのパターン制御に必要となるマイクロプロセッサの急速な進歩によって、解決の道が開かれた。
これらの技術革新により、従来は実用化が困難と見られていた、三相交流誘導電動機と小直径車輪を用いた駆動システムの実用化の目処が立った。
従来、三相交流誘導電動機は整流子を持たないため保守上問題となる摩耗部品が軸受に限られ、フラッシュオーバーの危険がなく軽量・コンパクトで高回転数化や大出力化が容易、しかも直流電動機を上回る再粘着特性が得られるという大きなメリットを備えていて、鉄道技術者からは「夢の電動機」とさえ呼ばれていた。
だがその反面、三相交流誘導電動機には一定周波数・一定電圧の下で一定回転数を保とうとする性質があり、起動トルクが小さいという問題があって長らく高速電気鉄道での利用は困難視されていた。
1984年に中央線用2601Fが、1985年末に中央線用2602F - 2605Fが、1989年には中央線用2606F - 2607F、谷町線用初の冷房車となる2631F - 2639Fがいずれも6両編成(計96両)で製造された。投入線区ごとに0番台と30番台に区分されたが、近鉄乗入れ関係の設備の有無とラインカラーが異なる以外は基本的に同一設計であり、警笛の変更、行先表示器への英字表記追加やその設定器の変更といった量産中に行われた数少ない仕様変更点も全て、両番台車の同時期製造分に等しく適用されている。
車両価格は先行して製造した2601Fの場合、1編成(6両)で7億3,000万円であった。
製造メーカー等は以下のとおりである。