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.