従来、酷寒冷地である北海道地方においては、構体の熱伝導率や熱膨張率の違い等により冬期の不具合が懸念されることからアルミダブルスキン構体車両の使用実績がなかったが、JR北海道において、今後札幌都市圏のローカル輸送に使用している電車を置き換えるにあたり、軽量化や製造コスト低減を図るため、アルミ構体車両の状態検証を行うことになった。そこで、同社初のアルミダブルスキン構体試作車両として、2010（平成22）年に3両編成2本が日立製作所笠戸事業所で製造された。
　滝川・苫小牧方からクハ735形100番代（Tc1）＋モハ735形100番代（M）＋クハ735形200番代（Tc2）の1M2Tの3両編成で、試験終了後の営業運転にあたっては、731系との共通運用が予定されたため、機器構成や車内レイアウトは731系5次車を基本としてバリアフリー、ユニバーサルデザインが考慮され、低床化、側出入口のノンステップ化、車椅子対応便所の大型化、吊り手やスタンションポールの増設および配置の見直しが行われている。721系および731系との6両編成までの併結が可能で、キハ201形との併結には対応していない。
　車体は731系と同様、各車側引戸を片側3ヵ所配しているが、アルミダブルスキン構体の採用により、断面が異なり、上部が垂直状となっている。車体傾斜装置の搭載は考慮されていない。アルミダブルスキン構体は、アルミ中空押出型材を摩擦溶接により接合した構造で、構造がシンプルで構体製作工数削減を可能とし、機器ぎ装においても工数の低減が期待できる。先頭部構体は731系を基本とした衝撃吸収構造を有した鋼製のものであるが、その他はアルミダブルスキン構体であるため、従来のステンレス車では無塗装であった先頭部以外の構体がシルバーメタリック塗装となり、前面には萌黄色の帯を、前面窓周りと側窓間の窓柱に黒色を配している。運転台部分の床面高さはレール面から1,200mm、客室の床面高さはレール面から1,050mmで、この間の段差部分には足元にLEDを点滅させるほか、床敷物の色を黄色として注意喚起が図られている。また、前述のとおり側出入口はJR北海道の通勤・近郊形車両初のノンステップである。行先表示器は731系の字幕式から3色LED式に変更された。
　客室内は731系を基本としたオールロングシートであるが、ロングシート端部に設けていた混雑時には折り畳むことができる跳ね上げ式腰掛は廃止された。側引戸はステンレス製で、開口幅は731系と同様の1,150mm、ドアチャイムを設けた押ボタン付きの半自動対応となっており、ボタンの形状は視認性向上のため731系とは変更されている。乗降口の上部と横には外気が客室に流入するのを防止するためエアカーテン装置が設置されている。吊り手は731系よりも2割程度増設され、優先席部分のすべてとロングシート部の一部に40mm低いものを設置している。スタンションポールについても731系よりも数を増やしており、バリアフリー化が向上している。側窓は789系1000番代などで実績があるガラスとポリカーボネートの複層構造窓で、遮光カーテンは設置されず、客室内側ガラス面に熱線吸収フィルムが貼り付けられている。便所はTc1車の4位側に車椅子対応真空式の洋式便所が設置されているが、731系5次車よりもさらにスペースが拡大され、通路側壁面にはおむつ交換台が設けられている。　
　制御装置はVVVFインバータ制御方式のN-CI735、主変換装置はIGBT素子を用いたNｰCI735で、1群の主変換装置で2基の主電動機（1台車）を制御する 1C2M 方式である。低床化による床下機器取付高さの縮小に伴い、731系よりも小型化されている。主変圧器は789系で実績がある走行風自冷式のN-TM735-ANである。主電動機は731系のN-MT731（230kW）を基本として、低床化に伴う床下ぎ装スペース縮小により配線取出し位置が変更されたN-MT735で、冷却方式は車体に設けた雪切室からの冷却風により強制冷却を行う。補助電源装置はN-APS735である。ブレーキ方式は電回生ブレーキ（全電気式）併用電気指令式空気ブレーキである。なお、床下機器には冬期の着雪量を減少させるためカバーを設置している。台車は軽量ボルスタレス台車で、低床車体に対応するため新形式のN-DT735・N-TR735となっている。冷房装置は731系では屋根上に室内機、床下に室外機を設置していたが、屋根上集中式のユニットクーラーN-AU735（30,000kcal/h）を搭載している。
　札幌に配置され、A-101・102編成として、約2年間の走行試験を実施して問題がないことから、2012（平成24）年5月1日から営業運転を開始、721・731系と共通運用で函館本線小樽-滝川間、千歳線札幌-新千歳空港・苫小牧間、札沼線（学園都市線）札幌-北海道医療大学間で運転されている。