京葉線では暫定開業以来、主に京浜東北線と横浜線からの転入車である103系と1990年の東京延伸以来、正面形状をオリジナルスタイルとした205系が長らく主力として運用されていました。その後、E231系の登場で中央総武緩行線から201系、また同線と山手線からは205系、更にE233系により置き換えられた209系500番台が転入しますが、都心部に乗り入れる主要路線の中で新系列電車による置き換えが進む中、京葉線は連接車体の試作車であるE331系が2007年3月18日に1編成が運用を開始したのみで、他線区からの転属車が主力となる状況が続いていました。
2009年、遂にE233系の導入が発表され翌年2010年7月1日より運転を開始しました。京葉線向けの仕様は5000番台に区分され、カラーリングは205系同様にワインレッドとされています。本形式の導入により201系とE331系は廃車、209系500番台は1編成を残して武蔵野線に転属、205系は一部廃車と日光線・宇都宮線向けに4両化の上で転出、並びに富士急行向けに6000系として改造され譲渡が実施されました。
当初の計画では250両が新造される予定でしたが、実際に登場したのは240両で、1編成のみ残された209系500番台と共に共通運用されており、朝夕は分割可能編成が外房線勝浦と内房線上総湊、東金線大網〜成東間までロングランする他、間合いで内房線内完結運用も設定され、千葉駅へも乗り入れを行なっています。
車内設備は比較的長距離で駅と駅の間隔が離れている閑散路線にも乗り入れますが、分割編成も含めて全車両トイレ無し、ロングシートとこれまで運用していた201・205系の仕様が踏襲されました。半自動ドアも設定されませんでしたが、3/4閉機能が設置されており内房線・外房線・東金線での長時間停車時に使用されることがあります。
車内案内表示器は1000・2000番台に続き17インチ液晶画面を採用し、本番台ではモバイルWiMAXを採用し、旅客向けの路線情報を表示する画面は2000番台の新デザインに準拠しています。
ところで、京葉線といえば2024年3月16日のダイヤ改正で朝夕通勤時間帯の快速を全便各停に変更の上で新木場〜蘇我間無停車の通勤快速の廃止を打ち出し、千葉市長や千葉県知事を始め千葉県財界からも反発の声が上がっている事が全国的なニュースで取り上げられましたが、反発を受けて朝通勤時間の快速の運転を継続する極めて異例の対応が為されるなど、何かと話題を集めています。遂には国会でも言及され国土交通大臣の斉藤鉄夫氏が「ダイヤ設定には地元自治体などとコミュニケーションをとるよう、鉄道事業者に指導している」と答弁しましたが今後のダイヤ改正で、どの程度沿線自治体の声が反映されるか注目されるところです。
