8500系は8000系をベースとした半蔵門線乗り入れ用車両として1975年から1991年まで計400両が製造されました。
当初は4両編成で登場。段階的に中間車が増備されて10両編成となりました。そのため車番が不揃いとなっています。またデハ8700・8800は番号が足りなくなった為、07**・08**となっている車両があります。
2002年からの5000系の増備に伴い廃車が始まっています。廃車になった編成は解体の他、インドネシアの鉄道会社PT Kereta Apiへ譲渡された車両(編成表中の黄緑)や長野電鉄へ譲渡された車両(編成表中のピンク)、秩父鉄道へ譲渡された車両(編成表中の黄)もあります。
2005年に8616F・8634F・8635F・8636Fの種別・行先LEDがフルカラー化されました。2008年に8638F～8641Fの種別・行先LEDがフルカラー化され、前記の4編成は前面のみ3色LEDに戻されました。
2008年以降廃車がストップしていましたが、2020系の増備に伴い2018年度から廃車が再開しました。2000系(9020系)の大井町線転属により2019年3月で大井町線から撤退しました。2023年1月23日に最後まで残った8637Fが営業運転を終了し、1月25日の廃車回送をもって全廃となりました。