田端運転所のEF81の置き換えのため2009年に登場しました。JR貨物の0番台と基本は共通ながら、500番台ではATS-P・ATS-Ps・デジタル無線・客車推進運転用ブレーキ回路・自動列車選別装置などが追加されています。
501～508・511～515号機は青い車体に流星をあしらった北斗星色、509・510号機は銀色の車体に流星と五本帯を入れたカシオペア色となっています。
2010年6月25日よりカシオペアでの運用を開始し、7月14日からは北斗星でも運用を開始しました。12月1日からは貨物運用にも充当され、12月4日の改正以降はEF81田端機を完全に置き換えました。
2013年のダイヤ改正で貨物運用から撤退し、余剰車がJR貨物に譲渡されました。2015年度には北斗星・カシオペア廃止により残る6両が追加で譲渡され、JR東日本から消滅しました。