老朽化が進む101系初期車の代替のため、1999(平成11)年から新製されている地上線用の通勤形車両である。
「シンプル&クリーン」を設計コンセプトとし、有楽町線乗入れ用6000系を基本としてさらに快適性、省エネルギー化が進められた。編成は10両と8両とがあり、番号は8両編成が50番代と区分されている。
車体は外板・骨組を一体化したアルミダブルスキン大形型材を採用、従来のアルミ車体に比べて剛性の向上と振動の低減が図られた。地上線用であることから前面は非貫通式とし、前面部については鋼製である。
主制御器は高耐圧ＩＧＢＴ素子を使用した3レベルＶＶＶＦインバータ制御装置で、1Ｃ4Ｍ2群一括ベクトル制御を採用している。主電動機は日立製の三相かご形誘導電動機である。台車は6000系6050番代のＳＳ150系に準じたＳＳ150Ａ・ＳＳ050Ａとなっている。補助電源装置については、10両編成で180kVA×2、8両編成で140kVA×2のＳＩＶを搭載した。
パンタグラフはシングルアーム式のＰＴ7116Ｂ。冷房装置は6000系のものにヒーター機能を追加したＣＵ-72Ｊとなった。
2001(平成13)年増備の3次車からは制御車前位寄2002(平成14)年度新製車からは床面高さが30mm下げられた。
2005（平成17）年までに10両編成8本、8両編成8本の計144両が新製され、池袋線、新宿線で普通から急行まで幅広く運用されている。
モハ20200形・モハ20500形・モハ20800形
主制御器とパンタグラフを装備する中間電動車。モハ20200形(Ｍ1)、モハ20500形(Ｍ3)、モハ20800形(Ｍ5)とも同一仕様。
モハ20201〜20208・20251〜20258、モハ20501〜モハ20508、モハ20801〜20808・20851〜20858の各車が新製された。
モハ20252 平成12.12新製
2003年5月11日 井荻駅にて
モハ20300形
ＳＩＶとＣＰを装備する中間電動車(Ｍ2)。モハ20301〜20308･20351〜20358の16両が新製された。
モハ20351 平成11.11新製
2003年2月2日 保谷にて
モハ20900形
モハ20300形と同様にＳＩＶとＣＰを装備する中間電動車(Ｍ6)で、ＣＰがスクリュー式となっている点が異なりる。1・2次車は当初取り付けていたＣＰを3次車のＭ2車に譲って、スクリュー式のものに交換している。モハ20901〜20908・20951〜20958が新製された。
モハ20903 平成14.12新製
2003年2月11日 仏子駅にて
クハ20000形
池袋・本川越方の制御車(Ｔc2)。
クハ20001〜20008・20051〜20058の16両が新製された。
クハ20056 平成13.11新製
2002年10月26日 沼袋駅にて
クハ20100形
飯能・西武新宿方の制御車(Ｔc1)。
クハ20101〜20108・20151〜20158の16両が新製された。
クハ20151 平成11.11新製
2004年5月16日 西所沢にて
サハ20400形・サハ20700形
付随車で、サハ20400形(Ｔ1)、サハ20700形(Ｔ3)が同一仕様。サハ20401〜20408・20451〜20458、サハ20701〜20708・20751〜20758が新製された。
サハ20753 平成12.12新製
2007年7月8日 田無にて
サハ20600形
10両編成にのみ組み込まれている付随車(Ｔ2)で、サハ20400形・サハ20700形と異なり、ＣＰを装備している。サハ20601〜20608の8両が新製された。
サハ20603 平成14.12新製
2003年2月11日 仏子駅にて
