JR東日本新潟地区の電化路線では、国鉄時代に製造された115系近郊形直流電車および1995・96（平成7・8）年に165系の置換えを目的として製造されたE127系一般形直流電車（0番代）がローカル輸送に使用されていたが、115系は老朽化が進んでいたこと、E127系0番代については北陸新幹線金沢開業に伴う信越本線の一部区間を第三セクターとして引き継ぐえちごトキめき鉄道の妙高はねうまライン（妙高高原-直江津間）用として20両が譲渡されることになった。そこで、新潟地区の新たなローカル輸送の主力となる一般形電車として2014（平成26）年から製造されたのが本系列である。
　首都圏向けに製造されているE233系一般形直流電車の技術を採用し、かつ仙台地区で運転されているE721系一般形交流電車と同等の短編成運用および耐寒・耐雪構造をもつ車両として開発された。2両編成のA編成と4両編成のB編成とが用意され、各編成を組み合わせた柔軟な旅客需要への対応が可能である。2両編成は新潟方からクモハE129形100番代（Mc）-クモハE128形100番代（Mc'）、4両編成はクモハE129形0番代（Mc）-モハE128形0番代（M'）-モハE129形0番代（M）-クモハE128形0番代（Mc'）となる。
　車体は東京急行電鉄と総合車両製作所が共同で開発した次世代ステンレス車両「sustina」（サスティナ）の軽量ステンレス車体で、全長20m、片側3扉、車体長は先頭車が70mm長い19,570mm、車体幅は2,950mmの拡幅車体となっている。床面高さは1,130mmで、ステップは設けておらず、電車形のホーム高さ1,100mmと共用ホームの920mmの双方に対応する。扉の配置は前後非対称で、中間車も扉位置を先頭車に合わせているため、全車種非対称である。前面は貫通形で、E721系と同様の前面強化、E233系と同様の側面衝突対策がなされている。前照灯と尾灯は前面上部に設けており、LED方式となっている。前面と側面にはフルカラーLEDの行先表示器が設置され、運転系統や種別による色分け表示に対応している。車体の帯色は秋の稲穂をイメージした黄金イエローと、佐渡島のトキをイメージした朱鷺ピンクを組み合わせている。
　先頭部の連結器は電気連結器付で、分割・併合に迅速に対応する。また、風に強い車両とすべく、各先頭車とモハE128形の床下にはデッドウェイトを備えている（線路設備モニタリング装置を搭載するモハE128-9を除く）。
　客室内はセミクロスシートで、中央の扉を挟んで運転台側をロングシートとし、中間車においても先頭車と座席配置を合わせている。クロスシートのシートピッチはE233系の1,500mmよりも広く、1,610mmとなっている。腰掛の色はピンクブラウン。側出入口の上部には車内案内表示器を千鳥状に配置（一部編成には液晶モニタを設置して広告放送を実施）し、側引き戸は押しボタンによる半自動対応、戸閉装置は空気式となっている。車内照明はLED式である。長岡・村上方の先頭車（Mc'）の4位側に車椅子対応の大型便所が設置され、向かい側（3位側）は車椅子スペースとなっている。車外スピーカは全車に設置されているが、さらに2両編成はワンマン運転を行うため、運賃表示器や運賃箱が設置されている。乗務員室は半室構造で、連結時には仕切られて通路が構成される。
　本系列は全電動車であるが、主電動機は片側の台車に搭載し、編成の半分が電動車の構成に相当する0.5M方式となっている。VVVFインバータ制御装置はMc・M車に装備し、1GBT素子による2レベル式で、1基で1両の電動台車2基を制御する1C2Mの2群で、形式はSC102（東洋電機製）である。台車はDT71C、TR255Dである。電動空気圧縮機（CP）はMc'・M'車に、補助電動機（SIV）はMc'車に搭載している。主電動機はE531系以降のMT75系で、車体風道方式としたMT75Bである。ブレーキ方式は回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキで、直通予備・耐雪ブレーキも装備する。また、抑速ブレーキ用として、屋根上にはブレーキ抵抗器が設置されている。最高速度110km/hで保安装置はATS-PおよびATS-Psを搭載している。走行用パンタグラフはPS33Gで、クモハE129-23～30の前位側に搭載される霜取用は引きひもに対応しないPS33Dとなっている。冷房装置は屋根上にAU725（42,000kcal/h）を各車1基搭載する。
　2両編成が2014（平成26）年に登場し、2014（平成26）年12月6日に営業運転を開始した。2016（平成28）年からは4両編成も落成し、2017（平成29）年までに2両編成30本、4両編成25本の計160両が総合車両製作所新津事業所で製造され、新潟車両センターに配置された。信越本線（直江津-新潟間）、羽越本線（新津-村上間）、白新線、越後線、弥彦線、上越線（水上-長岡間）で運転されている。
　また、2017（平成29）年度には2両編成2本、4両編成1本が、2021（令和3）年度には2両編成2本、4両編成1本が増備されている。