Die erste Baureihe des Shinkansen, die anfangs mangels Nachfolger noch keine gesonderte Bezeichnung hatte, wurde ab 1964 gebaut. Mit einer Höchstgeschwindigkeit von 220 km/h war er der schnellste Zug der Welt. Dies erreichte man dadurch, dass jede Achse in jedem Wagen von einem Motor mit 185 kW angetrieben wurde und damit unabhängig von der Anzahl der Wagen immer das gleiche Leistungsgewicht erreicht wurde. Jeder zweite Wagen verfügte über einen Stromabnehmer, so dass jede Kombination mit einer geraden Anzahl von Wagen möglich war. Das Design der Züge mit ihren stromlinienförmigen Fronten und der weißen Lackierung mit den blauen Streifen am Fensterband und im unteren Bereich wurde weltweit bekannt.

Die Anzahl der Wagen pro Zug betrug zunächst zwölf und änderte sich mit der Zeit je nach Bedarf. Die ursprünglichen Züge umfassten zwei Bistrowagen, zwei Wagen der ersten Klasse und acht Wagen der zweiten Klasse. Manche Serien erhielten auch nur einen Wagen der ersten Klasse und einen zusätzlichen Wagen der zweiten Klasse. Auf Grund der steigenden Passagierzahlen wurden die Züge ab 1969 mit vier zusätzlichen Wagen der zweiten Klasse auf 16 Wagen verlängert. Teils wurde auch ein Buffet- gegen einen Speisewagen ersetzt und zwischen 1988 und 2001 gab es sogar Kinowagen. Nach der Einführung neuerer Züge wurden die Shinkansen der Baureihe 0 auch als Verstärkung zur Ferienzeit genutzt und teilweise mit vier oder sechs Wagen gefahren. Insgesamt wurden bis 1986 3.216 Wagen gebaut. Da die Lebensdauer der Fahrzeuge auf Grund der hohen Belastung nur 15 bis 20 Jahre betrug, betrug die höchste Anzahl an gleichzeitig im Einsatz befindlichen Wagen 2.338 im Jahr 1976, aufgeteilt auf 146 Züge. Im Jahr 2008 wurde der letzte Zug außer Dienst gestellt.

Die Serie E3 wurde für den „Mini-Shinkansen” auf der Komachi-Linie zwischen Tokyo und Akita entwickelt. Diese ehemals kapspurige Strecke wurde auf Normalspur umgebaut und somit mussten die Züge ein kleineres Lichtraumprofil einhalten. Von jeweils sechs Wagen sind vier auf allen Achsen angetrieben. Die als „R-Sets” bezeichnete Hauptvariante wurde bereits ab 2013 gegen den E6 ersetzt und ausgemustert. Die Varianten 1000 und 2000 bestehen aus jeweils sieben Wagen und werden auf anderen Strecken eingesetzt. Bei der Variante 2000 ist eine aktive Federung verbaut. Zwei Züge wurden zu Ausflugszügen umgebaut und als Variante 700 Bezeichnet.

Als Ersatz für die Züge der Serien 200 und E1 ließ JR East sich von Kawasaki und Hitachi die Serie E5 entwickeln. Sie stammte direkt vom Versuchszug der Serie 954, der auch „FASTECH 360” genannt wurde und eine Geschwindigkeit von 360 km/h im Regelbetrieb erreichen sollte. Dieser hatte zu Testzwecken an einem Ende eine stromlinienförmige Nase und am anderen eine pfeilförmige, die 15 Meter lang war.

Die Serienzüge bestehen aus zehn Wagen und haben die pfeilförmige Nase, hier jedoch verkürzt auf 14 Meter. Diese verringert die Windgeräusche bei hohen Geschwindigkeiten und den Tunnelknall. Nur die Steuerwagen sind nicht angetrieben, alle Mittelwagen haben einen Antrieb auf alle vier Achsen. Der Einsatz begann 2011 zunächst mit einer Begrenzung auf 300 km/h im Regelbetrieb.

Auf dem Akita-Shinkansen wurden die Züge in Doppeltraktion mit der Serie E3 eingesetzt und waren dabei auf 275 km/h limitiert. Seit dort der E6 den E3 ersetzte, besteht dieses Problem nicht mehr. Ab 2013 wurde der E5 generell für 320 km/h zugelassen. Für den Einsatz auf Hokkaido entstanden vier Garnituren, die speziell für das kalte Klima angepasst sind und als H5 bezeichnet werden. Sie verfügen zusätzlich über eine Neigetechnik, die eine Neigung von bis zu fünf Grad erlaubt. Damit können theoretisch Kurven mit einem Radius von 4.000 Metern mit 320 km/h durchfahren werden, obwohl die Strecke eine Begrenzung von 260 km/h hat.

Ein Exportauftrag konnte aus Indien für die 508 km lange Schnellfahrstrecke Mumbai–Ahmedabad gefunden werden. Dort sollen 24 Garnituren zum Einsatz kommen, die speziell an das heiße Klima angepasst sind. Die ersten Testfahrten sind für 2026 geplant und 2028 soll die komplette Strecke eröffnet sein.