681系は雷鳥の高速化のため1992年に量産先行車9両編成1本が製造され、1995年から量産車が6両編成と3両編成で製造されました。雷鳥の他にはくたかにも投入され、1997年までに18編成84両が製造されました。
北陸新幹線スーパー特急方式区間に対応させるため160km/h運転に対応しており、ほくほく線内では実際に160km/h運転が行われました。
量産先行車は営業運転に先立ち量産車に合わせる工事が行われ1000番台に改番されました。これによりサンダーバード向け9両編成1本、6両基本編成6本・3両増結編成7本、はくたか向け6両基本編成2本・3両増結編成2本となりました。2001年には量産先行車の編成分割が行われ、量産車と同じく6両編成と3両編成となりました。
2002年にサンダーバードへの683系投入により、はくたか用485系を置き換えるため、サンダーバード用2編成がはくたかへ転用されました。またサンダーバード編成は683系と設備共通化を行うため、基本編成と付属編成間でモハ681の組み換え、サハ681-200へ売店撤去及び自動販売機・車内販売準備室・車掌室の設置し300番台化、附属編成へ組み込まれたモハ681-200の車掌車撤去し300番台化、クハ681-0の車椅子対応化工事が行われ200番台化されました。2009年には683系増備により更に1編成がはくたか用へ転用されました。2011年にサンダーバード用編成が京都へ転属しました。2014年にははくたか編成についてもモハ681の交換が行われました。
2015年3月に北陸新幹線開業に伴い、はくたかが廃止となったためしらさぎへ転用されました。京都へ転属したサンダーバード編成も金沢へ再転属ししらさぎ編成となりました。また北越急行所属車も購入し23編成102両体制となりました。しらさぎ用のうち附属編成2本がサンダーバード用に戻され、余剰が生まれたことから量産先行車の附属編成が同年に廃車となりました。
2018年からはサンダーバード編成にリニューアル工事が行われ、2019年からはしらさぎ用編成もサハ681-200へ売店撤去及び自動販売機・車内販売準備室・車掌室の設置が行われ300番台化しました。残っていた量産先行車の基本編成も2019年に廃車となり、量産先行車は消滅しました。