大井町線の輸送力増強（急行運転・二子玉川-溝の口間複々線化）に伴い、2007（平成19）年より新製が開始された。大井町線では初となる6両編成で、当面6本が投入される。
5000系をベースとしたオールステンレス製の車体だが、前面は「都会的なシャープさと先進性を表現したスタイリッシュな流線型」となり、カラーリングはコーポレートカラーの赤と大井町線の路線カラーであるオレンジ色をスピード感を演出してストライプ調に配している。
編成は大井町寄りからクハ6100-デハ6200-サハ6300-デハ6400-デハ6500-クハ6600の3M3Tで、制御方式はIGBT-VVVFインバータ方式とし、電気機器や保安装置などを多重系化して安全性を向上させている。台車はTS-1019A（M）、TS-1020A(T)。
客室内についても、5000系を基本として座席の拡幅、空調装置の空気清浄機能追加、各扉上部への15インチ液晶ディスプレイの2台設置等がなされているが、座席は路線カラーでもあるオレンジ色を採用、車端部は木目調とするなど変化をもたせている。
2008(平成20)年3月28日の大井町線急行運転開始に伴い、大井町-二子玉川間の急行列車専用に投入され、2008(平成20)年度中には二子玉川-溝の口間の複々線化完成により、急行列車も溝の口まで延伸予定。
デハ6401〜6406
SIV・CPを搭載する中間電動車(M2)。定員150（座席54）名。
デハ6401
2008年2月11日 二子新地駅にて
デハ6501〜6506
制御装置とパンタグラフ2基を搭載する中間電動車(M1)。定員150（座席51）名。
クハ6101〜6106
大井町寄りの制御車(Tc2)で、定員139（座席48）名。
クハ6601〜6606
二子玉川寄りの制御車(Tc1)で、定員139（座席48）名。
クハ6601
2008年2月11日 二子新地駅にて
サハ6301〜6306
SIV・CPを搭載する付随車(T)。定員150（座席54）名。
サハ6301
2008年2月11日 二子新地駅にて
