北海道地区では札幌都市圏の人口集中が進み、1990年代半ば時点ではJR北海道における同地区の輸送量は年間4%程度の増加を続けており、出入台を持つ711系や721系などの近郊形電車のうち、特に国鉄時代から使用されていた2扉の711系近郊形交流電車は、列車の定時運行の妨げとなっていた。711系については一部3扉化改造も行われていたが、性能面でも見劣りがすることから、新形通勤電車の開発が計画され、1996（平成8）年に登場したのが本系列である。
　開発は、(1)711系の1.4倍以上の輸送力を持つ、(2)乗降による遅延を発生させない、(3)721系と同等の性能で到達時分短縮が可能、(4)移動制約者対策を実施、(5)省エネルギー・メンテナンスフリー化が進行した地上設備への影響が少ない、という構想のもとに進められた。
　また、札幌都市圏の輸送改善策として、小樽以遠からの札幌直通列車を効率的に設定するため、本系列と併結運転を行うキハ201系通勤形気動車が共通設計により並行して開発され、EC・DC総合制御システムの搭載、駅での分割・併合時間の短縮を図るため自動ホロが採用されることとなった。
　編成は岩見沢方からクハ731形100番代（Tc1）＋モハ731形00番代（M）＋クハ731形200番代（Tc2）の3両編成である。
　車体は軽量ステンレス構体で、屋根構体は721系に、側構体はキハ281系の断面に準ずる。先頭部は鋼鉄製で、運転台は踏切事故から運転士を保護するため、高運転台、衝撃吸収構造が採用されている。運転台の機器配置は電化区間で併結運転を行う721系に準じている。前方視界を向上させるため、前照灯は6灯で、うち腰部の2灯は高深透度HID、ワイパーは耐雪型の高速タイプのものを使用している。側出入口は2人が並んで乗降りできる片開き1,150mmm幅のものを片側 3ヵ所に配している。混雑時の乗降をスムーズにするため、出入台を廃止して客室内はオールロングシートとなった。車端の側出入口の横に混雑時には跳ね上げて使用できる収納式座席を設置している。側出入口は押しボタンスイッチによる半自動対応で、出入台廃止に伴う外気の侵入を防止するため、エアカーテン装置が設置された。側窓はポリカーボネート製の固定式で遮光カーテンは取付けていない。扉間には2,000mm幅のものを2枚配する。移動制約者対策として、従来の車椅子スペースの設置のほかに、扉開閉案内表示付次駅案内表示器を各車3ヵ所、スタンションポストを各車8本を新設、側出入口付近は黄色として視認性を向上させている。冷房装置は上下分離型のN-AU731（30,000kcal/h）である。パンタグラフは下枠交差式のN-PS721Bであったが、2004・05（平成16・17）年にシングルアーム式のN-PS785に換装された。車体の飾り帯は、JR北海道のコーポレートカラーの萌黄色と赤色帯を組み合わせている。
　主回路システムは、交流電車としては初となるIGBT素子を用いた3レベルコンバータ・インバータによるVVVFインバータ制御で、主電動機は新開発のかご形三相誘導電動機N-MT731(230kW) である。台車は721系の軽量軸梁式ボルスタレス台車を低床化に伴い車輪径810mmとして改良したNｰDT731、N-TR731である。ブレーキシステムは721系で開発した回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキを採用している。
　札幌に配置され、1996（平成8）年12月24日に営業運転を開始し、1997（平成9）年3月ダイヤ改正からキハ201系との併結運転も開始された。
　1999（平成11）年までに川崎重工業と日立製作所で編成番号G-101～119の19編成（57両）が製造され、続いて2006（平成18）年にG-120・121編成が増備された。この2編成は、一部仕様が変更され、バリアフリー対応としてTc1車の便所が車椅子対応の洋式便所に変更、これに伴って後位側出入口が中央寄りに変更された。また、新製時より転落防止ホロを取付け、M車のパンタグラフは当初からシングルアーム式のN-PS785となり、主変換装置の仕様も変更されている。
　2016（平成28）年からは機器取替が開始され、主変換装置、補助電源装置の取替のほか、転落防止ホロの取付、座席モケットの変更などが行われている。