2003年の東武線直通・半蔵門線ATC更新に伴い、8500系を改修するよりも長期的に見て新造した方が安く済むと言う結論から2002年に登場したのが5000系です。JRのE231系をベースとし部品を共通化したため3000系より3割コストダウンを実現しています。各ドア上には15インチのLCDを2台搭載し案内表示や広告配信をしています。
2005年には混雑が酷い田園都市線への対処として私鉄では初の6ドア車を投入。6ドア車投入の際に組み替え・改番が行われています。また捻出された4ドアのサハは新造編成に組み込まれています。この年に増備された5107FからLEDがフルカラーとなっています。
2007年度製造分からは窓押さえ形状変更やガラスの複層化、ドアへ化粧板が貼られるなどされました。
2008年度製造分からはスカート・仕切り板の形状変更、ドア開閉表示灯の設置がなされています。
更なる混雑緩和のため2009年4月1日より6ドア車が3両化されることに伴い更なる組み換えが発生しています。組み換えにより5118F・5119F・5122Fが東横線に転属し、5102F～5104Fの6ドア車が抜かれオール4ドア化されました。また余剰となったサハ5400・デハ5900は5050系に編入されました。2010年には5121Fも東横線へ転属しました。東横線編成のうち5118F・5119F・5121Fは、2015年6月に東武ATC使用区間拡大に伴い、一時的にATC非対応のためサークルKマークが貼られました。
2016年1月からはホームドアを導入するために6ドア車の置き換えが行われ、2017年4月21日から4ドアに統一されました。