０番代・９００番代
本系列の基本グループです。２０１系のフルモデルチェンジといえる存在で、ＪＲへ移行後も増備が行われました。製造年や投入線区などにより、ドア窓の大きさ、前面形状の違いなどがあります。山手線では、混雑緩和を目的にした６扉車があり、この試作車が制作され本系列では初めてとなる９００番代が登場しました。
クハ２０４－１～４（クハ２０４－１）
偶数向き制御車で、量産先行車のグループです。従来車と同じユニットサッシ２段窓が特徴です。
クハ２０４－５～（クハ２０４－２１）
量産先行車のモデルチェンジで、量産車となるグループです。一段下降式になった客室窓が特徴です。なお、クハ２０４－３９、４０番は欠番です。
クハ２０４－６１～（クハ２０４－１０６）
６１番以降はＪＲ東日本になって製作されました。乗降扉窓が拡大されており、外観の変化ともなっています。
クハ２０４－１０８～１１９、１４５～１４９（クハ２０４－１１８）
平成２年より京葉線、武蔵野線向けに投入されたグループで、前面形状のデザインが大きく変更されました。京葉線沿線にある某夢の国をイメージしたもので、「メルヘン顔」と呼ばれています。
クハ２０５－１～４（クハ２０５－３）
奇数向き制御車で、量産先行車のグループです。ＡＴＣ装置は床下搭載となり、乗務員室と客室の仕切りに仕切り窓が復活しています。
クハ２０５－５～（クハ２０５－１５）
量産車のグループです。３９番及び４０番は欠番です。一段下降窓に変化しています。後年、字幕式だった行先表示器や列車番号表示器のＬＥＤ化が行われた車輛も多くあります。
クハ２０５－５～（クハ２０５－４２）
運行番号表示器の表示で、山手線時代に見られたのが「マグサイン方式」です。（写真では７１）量産先行車では手動の字幕式でしたが、効率よく変更できるように採用されました。しかし、表示が暗いなどの理由で、ＬＥＤ式に変更されています。
クハ２０５－６１～（クハ２０５－１０４）
クハ２０４－６１～と同じく、６１番以降はＪＲに移行してから増備された車輛です。乗降扉窓が大きくなっているのが特徴です。
クハ２０５－６１～（クハ２０５－７９）
ＪＲ東日本へ移行し、２０５系の増備が続けられました。最初に投入されたのが横浜線。この際、従来車にはなかった種別表示器が追加されました。（前面、右側）快速列車などの種別や路線名を表示していましたが、２０００年代に入ると行先と一緒に表示したり、ＬＥＤ化され使用されなくなり、黒幕のままとなっています。
クハ２０５－１０８～１１９、１４５～１４９（クハ２０５－１４９）
クハ２０４形式と同じく、京葉線、武蔵野線向けに登場したグループです。前面のＦＲＰが白色は京葉線。銀色は武蔵野線になります。なお、この武蔵野線向けの車輛のみ、踏切がない線区を走行する事から排障器（スカート）が設置されず、オリジナルのスタイルを維持しています。
モハ２０４－１～１２（モハ２０４－１）
電動発電機（ＭＧ）や電動空気圧縮機（ＣＭ）といった補助機器を搭載する中間電動車です。２、５、８、１１番はＭＧを撤去しています。
モハ２０４－１３～（モハ２０４－５２）
一段下降窓に変更した量産車の初期グループになります。１１１～１２０番は欠番です。
モハ２０４－１８１～（モハ２０４－２０５）
ＪＲへ移行し、増備された車輛です。乗降扉窓が大きくなりました。
モハ２０４形式ＭＧなし車（モハ２０４－３９９）
２０５系の１０両又は１１両編成、６Ｍ２Ｔで組成された８両編成に組み込まれるモハ２０４形式は３両あり、このうちの１両（概ね、中間のユニット）はＭＧを搭載していません。搭載していた車輛も撤去されており、少しすっきりした床下となっています。
モハ２０５－１～１２（モハ２０５－６）
先行量産車のグループです。パンタグラフ付き中間電動車で、主制御器、主抵抗器など走行に必要な主回路機器を搭載し、モハ２０４形式とユニットを組みます。
モハ２０５－１３～（モハ２０５－３０）
量産車のグループです。一段下降窓に変化しているのが大きなポイント。１１１～１２０番は欠番です。写真は降雪時にパンタグラフへの着雪軽減を図るためシングルアーム式パンタグラフ（ＰＳ３３Ｅ型）に変更されている車輛です。
モハ２０５－１４９～１８０（モハ２０５－１７３）
国鉄時代の最後に新製されたグループです。乗降扉が小窓ですが、主抵抗器が小型化され在来車と外観に違いが見られます。
モハ２０５－１８１～（モハ２０５－２８４）
ＪＲへ移行し、新製されたグループです。写真の車輛は行先表示器がＬＥＤ化されています。
サハ２０５－１～８（サハ２０５－１）
本系列の中間不随車です。先行量産車グループで、客室窓は伝統のユニットサッシ窓となっています。
サハ２０５－９～（サハ２０５－７１）
一段下降窓に変化した量産車グループです。７３～８０番は欠番となっています。
サハ２０５－８１～（サハ２０５－１７６）
乗降扉窓が拡大された、ＪＲで新製されたグループです。
サハ２０４－９０１・９０２（サハ２０４－９０１）
山手線混雑緩和を目的に平成２年に登場した片側６扉の中間不随車です。本系列では初めての９００番代となります。混雑時間帯は座席を収納し、立席定員を増やし混雑を緩和しようというものです。車体は製造元の近畿車輛が開発した「パネル式構体」というものが採用されています。車内はスタンションポールが配され、折り畳み式の座席が配されています。暖房装置は車内にヒーターを設置すると１台あたりの容量を大きくする必要があり、触れるとやけどの恐れがある事から、鉄道車輛では珍しい床暖房方式となっています。
試験を経て、量産車が登場し、量産車化改造を受けました。山手線で活躍後、埼京線で使用され、平成２５年に廃車。廃番代となっています。
サハ２０４－１～（サハ２０４－２８）
９００番代の試用結果より平成３年に登場した量産車です。９００番代では乗降扉を２箇所締め切られる選択開扉機能と案内表示器がありましたが、これを省略。１１両編成では補助電源装置の容量が不足することから、自車用の冷房電源装置（ＤＣ－ＤＣコンバーター（３０ｋｗ））を搭載しています。（９００番代も量産車化改造時に装備。）
車内は利用者の声を反映したものとし、液晶ディスプレイの採用、荷棚の高さ変更が行われました。写真は埼京線へ転属し、活躍していた時の様子で、客室窓にＬＥＤ式の行先表示器が追加で設置されています。
サハ２０４－１０１～（サハ２０４－１１７）
混雑の激しい横浜線向けに平成６年に登場したグループです。当時、２０５系の製造は終了し、２０９系の新製へ移行していたため、２０９系の設計が採用されているのが特徴となっています。台車はＴＲ２４６形式、乗降扉窓ガラスの支持方式を金属押さえ金方式からボンディング（接着）式に変更しています。冷房装置もＡＵ７２２型稼働率制御方式冷房装置としています。なお、液晶ディスプレイを用いた情報案内放送は行わない事から、受信アンテナなどは装備されていません。
５００番代
平成３年に電化開業した相模線向け車輛として登場しました。ＪＲ東日本では投入線区に応じて、細部の仕様の変更を行いましたが、番代区分は行ってきませんでした。この相模線に投入する２０５系は半自動ドア機能、モニターとＩＣカードを用いた乗務員支援装置の採用など変更点が多いため、５００番代と区分されました。
車体は同線の新しいイメージとして前面のデザインは大きく変更され、前部標識灯と後部標識灯の形状を角型にし、一体化したケースに収められています。助手側の前面窓も拡大さています。また、踏切事故対策として同系列では初めてスカートが装備されたことも特筆されます。ラインカラーはブルーグリーンとライトブルーの２色で、側窓上部の帯は省略されています。
車内は暖色系から「相模川」をイメージした清涼感のある青色系を採用。化粧板、床敷物などは柄が変更されています。乗降扉は半自動ドアとなり、半自動扱い時は乗客がボタン操作により開閉を行います。ドア構造はメンテナンスを考え、従来車とは異なっています。
クハ２０４－５０１～（クハ２０４－５１２）
橋本、八王子方の偶数向き制御車です。前面デザインの違いから、他系列にも見えます。平成２９年から前部標識灯のＬＥＤ化が行われており、電球とは少し趣が異なります。
クハ２０５－５０１～（クハ２０５－５０３）
茅ヶ崎方の奇数向き制御車です。０番代と異なり、ジャンパ栓受けがありません。
モハ２０４－５０１～（モハ２０４－５１２）
５００番代の補助機器を中心とする機器を搭載する中間不随車です。４両編成のうち、本車輛は弱冷房車となっています。
モハ２０５－５０１～（モハ２０４－５０４）
５００番代のパンタグラフ付き中間電動車です。平成２１年より、シングルアーム式のＰＳ３５Ｅ型に変更されています。
１０００番代
２０５系は山手線に登場し、その後首都圏各線区へ投入されました。そして、関西圏への投入も行われ０番代が東海道、山陽本線の各駅停車に登場しました。ＪＲ西日本へ移行し、昭和６３年阪和線への投入が決まり１０００番代が登場しました。
０番代と比べると変更点は多く、外観では前面窓のレイアウト変更。運転士側窓を小さく、助手側窓が大きいものになり、乗務員室と客室の仕切り窓を拡大し、眺望性の良いものとしています。また、車外スピーカーの設置、冷房装置の変更、ベンチレーターの削減が行われています。
機器類では、運転最高速度１１０km/hを考え、主電動機をＷＭＴ６１Ａ形に。基礎ブレーキ装置も高速対応した設計のものに変更しています。このため、０番代と併結運転は不可能です。補助電源装置は電動発電機に代わり、ＳＩＶ（静止型インバーター）装置に変更しています。
クハ２０４－１００１～（クハ２０４－１００５）
偶数向き制御車です。拡大された助手側の大窓が特徴の一つです。
クハ２０５－１００１～（クハ２０５－１００４）
奇数向き制御車です。屋根上のベンチレーターは２個、冷房装置は外気導入方式のＷＡＵ７５Ｈ型を搭載しています。
モハ２０４－１００１～（モハ２０４－１００５）
電動発電機ではなく、ＳＩＶ搭載に変更している点が特徴の一つとなっています。
モハ２０５－１００５～（モハ２０５－１００５）
１０００番代の中間電動車の変化の一つに車体風道を廃止した点があります。これにより、車体にルーバーがなく、０番代と外観が異なります。
ＪＲ東日本の改造車
２０００年代に入り、首都圏では中央・総武緩行線や山手線にＥ２３１系が投入されていきました。一方、郊外の路線では１０３系を中心に活躍しており、これらを置き換えるために山手線で活躍してきた２０５系を中心に大規模な車輛転属及び配属が実施される事になりました。
転属にあたり、短編成化が行われます。これにより先頭車が不足するため、中間車を先頭車化改造する事になりました。前面デザインは既存車とは異なるもので、横方向に緩やかな曲線の１枚ガラスを用いたものとなり、上部左右に前部標識灯（ＨＩＤ灯）と後部標識灯を配し、中央にＬＥＤ式行先表示器を設置したものとなりました。
改造は妻構体を撤去し、強化フレームを溶接の上、ＦＲＰにフェノール発泡体を合わせた複合材料の前頭部を付けています。乗務員室のデザインはＥ２３１系に準じたものとなり、マスコンハンドルはワンハンドル式に変更しています。また、運転士側背面に非常救出口が設置されました。これにより、既存車では仕切り窓は３枚窓でしたが、改造車は大窓１枚と仕切り扉の窓の２枚になっています。車体長さも変更され、既存車よりも２００ｍｍ延長されています。
都会的なスタイリッシュなデザインに生まれ変わった改造車。皆さんは見た事があるかな。
１０００番代
南武線南武支線（尻手～浜川崎駅）向けに平成１４年に登場したグループです。モハ２０４＋モハ２０５のユニットを先頭車化改造したもので、２０５系では最小編成となる２両編成での運転を行います。
ワンマン運転を行うため、車外スピーカーを使用した発車ベルや自動放送が備えられています。また、長時間停車をする際の車内温度維持のため、乗降扉を一か所のみ開扉する「３／４閉スイッチ」が装備されています。
機器類は種車のものを流用していますが、クモハ２０４形式の補助電源装置は電動発電機を搭載していない車輛からの改造であったため、ＳＩＶ（静止型インバーター）を新しく搭載しています。平成２１年より、シングルアーム式のＰＳ３３Ｅ形に交換されています。
１０００番代はＪＲ西日本にありますが、形式がクモハのみであり、重複は避けられています。
クモハ２０４－１００１～（クモハ２０４－１００２）
尻手方の制御電動車です。２０５系では初めてのクモハ形式となります。帯色は１０１系からのものを継承しています。平成１８年に小田栄駅が開業した際に、帯に五線譜が付き、座席モケットも音符入りのものになっています。
クモハ２０５－１００１～（クモハ２０５－１００２）
浜川崎方の制御電動車です。側面に車外スピーカーがあり、発車ベルなどのメロディーが流れます。
１１００番代
鶴見線向けに平成１６年に登場したグループです。先頭車は中間車からの改造車で、２Ｍ１Ｔの３両編成で運転されます。クモハ＋モハのユニットはモハは種車の車番のまま。クモハは１１００番代に改番され番号が合わなくなっていますが、元はユニットで同一の番号です。１０００番代と同じく３／４閉スイッチを装備しています。
クモハ２０４－１１０１～（クモハ２０４－１１０７）
鶴見方に位置する制御電動車です。山手線のモハ２０４形式を種車としており、乗降扉の窓は小窓。補助電源装置はＳＩＶを搭載しています。ワンマン運転は行わないため、車外スピーカーなど必要な設備は搭載していません。
クハ２０５－１１０１～（クハ２０５－１１０９）
扇町、海芝浦、大川方に位置する制御車です。埼京線で活躍したサハ２０５形式を種車としており、乗降扉の窓は大窓です。１１０１番は初めての先頭車化改造車で、試作的意味合いで平成１４年に登場しています。
１２００番代
南武線の１０３系を置き換えるために平成１６年に登場したグループです。先頭車のみ１２００番代となり、中間車は０番代のままとなっています。平成１８年にＥ２３３系投入により、置き換えられ廃番代となっています。
クハ２０４－１２０１～（クハ２０５－１２０６）
立川方の偶数向き制御車です。山手線のサハ２０５形式を先頭車化改造したもので、乗降扉の窓は小窓です。運転台と乗降扉の間に号車札が有るものと無いものがありました。
クハ２０５－１２０１～（クハ２０５－１２０５）
川崎方の奇数向き制御車です。鶴見線向けの１１００番代とほぼ同じですが、使用する路線が異なる事から番代区分されています。
３０００番代
八高線・川越線で活躍する１０３系を置き換えるために平成１５年に登場したグループです。山手線で活躍していた車輛を種車とした２Ｍ２Ｔの４両編成です。準寒冷地である事から半自動ドアに変更されているほか、車椅子スペースには壁面にヒーターが設置されています。
平成２９年よりＥ２３１系３０００番代及び２０９系３５００番代が後継として投入され、一部の編成は富士急行へ譲渡されました。平成３０年に廃番代となっています。
クハ２０４－３００１～（クハ２０４－３００２）
八王子、高麗川方の偶数向き制御車です。サハ２０５形式を先頭車化改造したもので、耐雪ブレーキが追加で装備されています。
クハ２０５－３００１～（クハ２０５－３００１）
高麗川、川越方の奇数向き制御車です。クハ２０４－３００１～と同じで、連結する向きが異なります。
モハ２０４－３００１～（モハ２０４－３００１）
同番代の中間電動車です。半自動機能の追加、暖房装置の強化などを行いましたが、種車時代と大きな外観の変化はありません。
モハ２０５－３００１～（モハ２０４－３００１）
同番代のパンタグラフ付き中間電動車です。モハ２０４－３００１～と同様の改造を行っています。投入時は種車時代のＰＳ２１形式パンタグラフでしたが、ＰＳ３３Ｃ形式シングルアーム式パンタグラフに変更されています。
３１００番代
平成１４年に仙石線の１０３系を置き換えるために登場したグループです。２Ｍ２Ｔの４両編成で、ユニットは山手線で活躍していたもの。制御車は山手線又は埼京線で活躍していたサハ２０５形式を先頭車化改造したものとなっています。また、耐寒・耐雪構造を施しており、半自動ドア機能、側引き戸レールヒーターや耐雪ブレーキを装備しています。
車内はロングシートの他に、快速列車用としてクロスシート／ロングシートに転換が出来る「２ＷＡＹシート」を装備した車輛があります。（現在は、仙石東北ライン開業により、快速列車廃止のため、ロングシートに固定）
クハ２０４－３１０１～（クハ２０４－３１０３）
仙台方の制御車です。写真の車輛は乗降扉の窓が小窓です。山手線で活躍していたサハ２０５形式を先頭車化改造したものです。また、２ＷＡＹ車で、緑系の帯色は仙台市の木であるケヤキと杜の都をイメージしています。
クハ２０５－３１０１～（クハ２０５－３１０１）
石巻方の制御車です。写真の車輛は乗降扉の窓が大窓ですので、埼京線で活躍していたサハ２０５形式を先頭車化改造したものです。車端部には車椅子スペースと車いす対応の大型トイレが設置されています。２ＷＡＹ車は帯色が赤系で、石巻市の花であるつつじをイメージしたものとなっています。
モハ２０４－３１０１～（モハ２０４－３１０３）
種車のモハ２０４形式０番代は全車輛がＭＧを撤去した車輛で、補助電源装置は１０３系からの廃車発生品であるＳＩＶを搭載しています。２ＷＡＹ車は帯色が紫色系で、塩竃港に水揚げされる魚をイメージしたものとなっています。
モハ２０５－３１０１～（モハ２０５－３１０９）
山手線で活躍していたモハ２０５形式０番代を種車にしたもので、一部の車輛には霜取り用パンタグラフが増設されています。現在、すべての車輛はＰＳ３３Ｃ型シングルアーム式パンタグラフに換装されています。２ＷＡＹ車は帯色がオレンジ系で、松島から望む朝日と夕日、扇谷の紅葉をイメージしたものとなっています。
５０００番代
平成１４年に武蔵野線の１０３系を置き換えるために平成１４年に登場したグループです。特徴の一つはこのグループのみ中間電動車で構成されており、制御車及び不随車は既存の車輛を使用しています。
武蔵野線が乗入れる京葉線。地下トンネル区間と地上区間には急勾配があり、８両編成中、６両が電動車という不経済な編成でした。山手線を中心とする２０５系を多数の路線へ転属させる事を考えると、１編成あたり６両も電動車が必要になると、電動車不足が見込まれるため、電動車４両で運転出来るように主回路の変更、主電動機の換装で、電動車６両分の性能を確保するために、５０００番代が改造される事になりました。
この高性能化のため、添加励磁制御方式からＶＶＶＦインバーター制御方式に変更しています。そして、主電動機はＭＴ７４形式誘導電動機（１２０ｋｗ）に換装しています。
長らく活躍してきましたが、２０９系５００番代及びＥ２３１系への置換えが行われ、この５０００番代及び武蔵野線
用の０番代は横浜線、南武線の２０５系と共に、インドネシアの鉄道へ譲渡され、海を越えた異国の地で活躍をする事になりました。
モハ２０４－５００１～（モハ２０４－５００２）
ＶＶＶＦインバーター制御方式に伴い、主電動機の換装、台車形式の変更を行いました。他の機器類は種車のものを流用しています。
モハ２０４－５００１～（モハ２０４－５０２０）
種車のモハ２０４形式がＭＧ非搭載車の車輛はＳＩＶを搭載（一部の車輛はＭＧを搭載。）しており、２種類あります。
モハ２０５－５００１～（モハ２０５－５０４１）
ＶＶＶＦインバーター制御方式に改造したため、他の同系列車とは大きく外観が異なるのが特徴の一つです。
６００番代
日光線で活躍する１０７系０番代、東北本線（宇都宮線）小金井～黒磯駅間で活躍する２１１系の置換えをするために平成２５年に登場したグループです。京葉線や埼京線でＥ２３３系投入により、余剰となった２０５系が種車となっており、車体などに大きな変化はなく、主に寒冷地仕様の改造、ラインカラーの帯色変更となっています。
寒冷地での使用であるため、乗降扉のレールヒーター設置、客室暖房器の容量増大、半自動ドア化、電動空気圧縮機の除湿装置にヒーターを設置。霜取り用パンタグラフの増設などが行われています。車内ではクハ２０５形式に車いす対応のトイレが設置されました。
ラインカラーは日光線は１０７系のレトロ調デザインを継承したクラシックルビーブラウン、ゴールド、クリームの３色を配した帯色とし、沿線名所をモチーフとしたステッカーが貼られています。宇都宮線向けは伝統の湘南色となっています。
クハ２０４－６０１～６１０（クハ２０４－６１０）
上野、日光方の偶数向き制御車です。このグループは京葉線の車輛から改造したもので、外観は半自動ドアスイッチが設置された程度の小さな変化となっています。写真は日光線用の車輛。日光線では急勾配区間がある事から、抑速ブレーキ、耐雪ブレーキが追加装備されています。
クハ２０４－６１１・６１２（クハ２０４－６１２）
この２両は埼京線の車輛から改造したもので、両車とも湘南色となっています。行先表示器や運行番号表示器はＬＥＤ化されています。
クハ２０５－６０１～６１０（クハ２０５－６０４）
黒磯・宇都宮方の奇数向き制御車です。このグループは京葉線から改造したものとなります。車端部に車いす対応の大型トイレが設置されています。
クハ２０５－６１１・６１２（クハ２０５－６１２）
この２両は元埼京線で活躍していました。細かな変化では前面のジャンパ栓受けが撤去されています。また、４両編成を２本併結する事もある事から、電気連結器が装備されています。
モハ２０４－６０１～（モハ２０４－６０４）
モハ２０４形式０番代を改造したグループです。６００番代の電動車には勾配区間での空転防止対策として噴射式増粘着装置「セラジェット」が装備されています。
モハ２０５－６０１～（モハ２０５－６０５）
モハ２０５形式０番代を改造したグループです。パンタグラフはＰＳ３３Ｆ形式に変更し、霜取り用パンタグラフ（同形式）が増設されています。
いろは
平成３０年に催された「本物の出会い 栃木」デスティネーションキャンペーンに合わせ、観光客の多い日光線に快適な移動時間を提供する列車として誕生しました。愛称の「いろは」は日光の名所の一つ、「いろは坂」と物事の「いろは」を掛け合わせたもので、日光の様々な魅力を感じて頂きたい。という思いが由来となっています。
ロゴマークもいろは坂の「い」をモチーフにカーブと同じ数の４８色で彩られています。その背景に日光線のラインカラーであるクラシックルビーブラウンを配し、いろはの頭文字「Ｉ」とレールの断面をイメージした形となっています。
種車は２０５系６００番代を再改造したもので、乗降扉は片側２か所に改造し、塗装は日光線沿線の魅力をデザインするとともに、日光線のイメージである「レトロ」を組み入れたデザインとしています。また、日光の自然や観光名所（華厳滝、中禅寺湖など）、日光の社寺の彫刻で扱われる動物（龍、鳳凰、唐獅子）をモチーフとしたイラストが和の色使いで配されています。
車内は木目調のデザインとなり、大型のクロスシートメインの配置に変更されているほか、大型荷物置き場やフリースペースも設置されています。
※いろはの車内の様子。クロスシートがメインとなっており、日光の旅路をより楽しいものとしています。
クハ２０４－６０３（クハ２０４－６０３）
日光方の制御車です。片側２扉化され、座席は大型クロスシートが配置されています。行先表示器や列車番号表示器はＬＥＤ化されています。
クハ２０５－６０３（クハ２０５－６０３）
宇都宮方の制御車です。他の６００番代車と同じく、車端部に車いす対応の大型トイレが設置されています。乗務員室側には大型荷物置き場、フリースペースが設置されています。
モハ２０４－６０３（モハ２０４－６０３）
「いろは」に改造車された車輛です。
モハ２０５－６０３（モハ２０５－６０３）
車体の改造以外は、他の６００番代と同じ。霜取り用パンタグラフの設置など耐寒・耐雪改造が行われています。
