１０３系直流通勤形電車は、１９６３年にそれまで製作されていた１０１系をより高加速化して試作した、初代クハ１０３−１〜４，モハ１０３＋１０２−１〜２を端緒とする。これらは８輌編成に組まれ、山手線に投入された。
そもそも１０３系の設計思想は、車体そのものは従来の１０１系を基本的に踏襲するものの、性能的には主電動機を１０％出力増強して、その分低速回転とし、電動車と付随車の比率を１：１とすることを主眼とするものである。したがって加減速は比較的いいが、高速性能を犠牲にしており、その意味では山手線等の短い駅間の線区に特化した性能と言え、その通りに使用されるという前提であれば、当時の国鉄としてはきわめてまれな「専用車輌の誕生」であった。
２．１０３系の量産と勢力拡大
１０３系は翌年から量産され、初代クハ１０３−１〜４，モハ１０３＋１０２−１〜２はクハ１０３−９０１〜９０４，モハ１０３＋１０２−９０１，９０２と改番され、量産車と仕様を合わせる改造もされた。一方量産車は山手線に当時投入されていた黄色の１０１系を総武線に転属させるため、黄緑色の塗色で増備されていった。
１９６５年には京浜東北線にも投入が開始されるが、京浜東北線は一部を除いて駅間が長く、既にして１０３系の性能に合わない線区への投入が始まったとも言える。このときにクモハ１０３形が誕生している。
その後１０３系は小さな改良を重ねながら、増備が続けられ、山手線、京浜東北線、中央線、大阪環状線、阪和線、東海道線の一部区間などに勢力を拡大して行った。このことは国鉄の悪しき「標準化思想」のもと、過度な標準化が進められ、性能的に合わない線区にも１０３系が投入され続けるという、不幸な歴史の始まりでもあった。しかし一方で、地方には根強く「どうして山手線と同じ電車が、うちの町にも走らないんだ！」という感情論も、あるにはあったことを明記しておく必要があろう。この１０３系が大量増備された時代は、地域密着より都会との共通性のほうが求められた時代でもあったのだ（この部分、他のＨＰや雑誌類では、ほとんど見落とされている視点である）。
３．通勤冷房車の登場
１０３系の大きな転機としては、通勤電車への冷房の導入を検討するための冷房試作車の登場があげられよう。
これは今では当たり前の設備になった冷房が、１９７０年に至り、ようやくオフィスやレストランから、通勤電車へも応用されようとした時期であった。当時の国鉄は１０３系１編成を冷房付きで新製し、その後の通勤電車の冷房化の可能性を探ることになった。この時クハ１０３−１７８号ほか１０連が山手線に初登場し、１９７２年からは待望の量産冷房車が中央線の特別快速に投入されていくことになる。背景には私鉄、特に名古屋鉄道の冷房車投入が１９５９年とかなり早く、さらに京王帝都電鉄（当時。現京王電鉄）の冷房車投入が１９６８年であったという事実がある。車輌、特に通勤・近郊形電車の冷房化には遅れをとった国鉄が、急ぎ導入した感もある。
１９７４年には山手線、京浜東北線、根岸線の保安度向上のためのＡＴＣ導入が計画され、ＡＴＣを搭載できるクハ１０３（−２６９〜）の新製が開始された。この時からクハ１０３は運転台を高い位置とした。また１９７２年以降の中間車は全て冷房付き（わずかな例外あり）で新製され、在来車の冷房改造も始められたが、なかなか冷房化率は上がらなかった。
１０３系には地下鉄乗り入れ用（１０００番台、１２００番台、１５００番台）、超多段制御器試作車（９１０番台）、アルミ車体（３０１系）など様々なタイプの車輌が作られ、１９８２年までに３４００輌あまりが製作された。この時点で北から仙石線、常磐線快速・普通、山手線、赤羽線（現埼京線）、中央線、青梅線、五日市線、横浜線、京浜東北線、総武線各駅停車、武蔵野線、少し遅れて京葉線（新規開業）、東海道線一部区間、中央西線（名古屋近郊）、大阪環状線、片町線（現在廃線）、東羽衣線、奈良線、関西本線一部区間、阪和線、福知山線の一部、筑肥線に投入されていた。当初の設計思想などどこかへ行ってしまっていたのは、もはや言うまでもない。この２年前から次世代の通勤電車２０１系の量産が始まり、既に増備の主役は移っていたが、赤羽線１０輌編成化などのため１０３系の平行製作も行われていた。
４．１０３系の増備終了と転配の始まり
１９８２年で１０３系の増備はおしまいかに思われたが、１９８４年山手線の増強用に４輌が新製され（モハ１０３−７９２，７９３、モハ１０２−２０４９，２０５０）、この車が本当の最終増備車となった。またこの時期から、それまで使用していた１０１系の老朽化による置き換えが本格化して、南武線や総武線への転配なども盛んに行われるようになり、大阪地区から東京へ、その逆の転属などもあり、福知山線用の黄色い１０３系が常磐線に入ったりして、混色編成もよく見られた。川越線の電化開業もあり、埼京線の新宿延長に伴う配転など、動きも激しかった。特に川越線用の１０３系は、旧型国電の７２系９７０番台の更新されていた車体を流用して、下回りを１０３系のものと取り替えるという、国鉄の逼迫した財政を象徴するような車輌となっている（ＪＲに継承後冷房化されて長く活躍したがすでに廃車）。南武線はそれまで１０１系の冷房改造車が使われていて、しばらく１０１系が安泰かに思われたが、２０１系投入により、余剰となった中央線の１０３系が転属してきて、１０１系の非冷房車を置き換え始め、１９８６年には過半数が１０３系となった。しかし全面的に置き換えられるのは、ＪＲになってからである。
５．ＪＲ化後の１０３系
１９８７年４月１日、日本国有鉄道は６つの旅客会社と１つの貨物会社に分割民営化され、１０３系もＪＲ東日本、東海、西日本、九州の４社に分割配置となった。これにより、大阪と東京の車輌交換などはなくなることとなった（一部譲渡車をのぞく）。
ＪＲとなってからも、老朽１０１系置き換えのため、２０５系を新製して１０３系を置き換えて、その１０３系で老朽１０１系を廃車にするという流れにより、盛んに転配が行われるようになった一方、地方線区への転属などにより、その線区向けの改造車も登場するようになった。そしていよいよ１０３系にも廃車の手が伸び始める。
６．１０３系の衰退期
１０３系はその性能が徐々に時代の要請に合わなくなってくるのと同時に、その悪い乗り心地や、実用優先の車内などが陳腐化してきた。そのため各社とも改善のための更新工事を、比較的新しい車輌には施す一方、状態の悪い車輌は、惜しげもなく廃車するという方針が、明確化してきた。これは元号がかわった１９９０年代に入ってから顕著になり、特にＪＲ東日本では、総武線の１０３系が配電盤から火を噴き、乗客にケガをさせた事故が契機となって、一時製造後わずか１８年の車輌までもが廃車されるという、狂気的な廃車も行われた。
東日本では、２００６年までに１０３系を全廃し、Ｅ２３１系などの新型車輌に置き換えるとして、実際にほぼ計画通りに置き換えは実行された（例外的に４輌のみ、仙石線に残存。東日本エリアでは、唯一のトイレ設置まで行われ、細々とではあるが、２００８年に至っても活躍を続けている）が、ＪＲ西日本は延命工事をかなり深度化させて施工した車輌が多数あり、ここしばらくは安泰であろう。
しかし１０３系全体を取り巻く情勢は、車内装備、エネルギー効率などの点から、厳しい状況となっており、２０１０年代にはこの地上から過去帳入りすることは確実と見られる。
７．１０３系の晩景
いずれにせよ、世界的に見ても単一の形式を３５００輌も２０年にわたって作り続けた例はなく、世界最大の通勤電車グループと言えるが、その系列としてみたときの生涯は、あまり幸福なものとは言えなかったように見える。特にもっと早い時期に制御器の添加励磁化改造（回生ブレーキ装備による省エネルギー効果）や、内装のリニューアルをしていれば、もう少し違った評価となったのであろうが、原設計が１９６０年代のもの引き継いでいたこともあり、さすがに２１世紀に通用するものではなかったと言える。その意味では、大量製作の弊害が現れていることは明白であろう。しかし趣味的にその歴史を見た場合、１０３系の歴史そのものが日本の産業の歴史であったとも言え、その意味で地味な存在に徹した１０３系には、夢やぶれていく企業戦士の背中を見る思いである。是非歴史的車輌として、数輌はイベント用にでも保存されることを望む（ＪＲ東海ではクモハ１０３−１８を美濃太田運転区に先頃保存した。ＪＲ東海は既に１０３系を全廃している）。
特：南武線１０３系の歴史について
南武線の１０３系の歴史は、以外と浅い。
南武線では、１９７０年代末に至っても、戦時設計車を含む７２系電車が活躍していた。しかしこの系列の老朽化、陳腐化は激しく、特に私鉄電車と多く交差する南武線では、床や内装が木製の車輌を含んでいる７２系の置き換えは急務であったにもかかわらず、長く１０１系との併用が続いていた。これは置き換えの原資にする電車がなお当時不足していて、なかなか南武線には回せなかった事情が絡むようだ。
そんな南武線であったが、ようやく１９７９年全面的に１０１系への置き換えが完了する。それでも冷房車は半数程度で、一部は南武線独自に冷房改造をしたりもしたが、中央快速から冷房付きの１０１系が、１０３系または２０１系によって玉突きされてくるのを待つ状態であった。しかしそもそも１０１系は既に老朽化が進んだ車輌もあり、新車が全くやってこない電車区（中原電車区）や、利用客には不満がつのっていた（ただしスピードアップは少し実現した。登戸−立川間が２９分運転でなくなったのはこのときである）。
そこで首都圏の旧型電車置き換えが終了して一段落した１９８２年夏、またしても新製車ではなかったものの、１０３系が投入され、１０１系の老朽車置き換えが始まった。この時投入されたのは、主に中央線からの転属車で、朱色のまま使われるものもあったが、基本的に全てが冷房車であった。しばらく１０３系の差し替えも含んだ転配が続くが、１０１系との併用はなかなか終わらず、状態の比較的良好な１０１系は総武線にいったん戻されたり、鶴見線に転属して使用されたりもした。
ＪＲ東日本となってからの南武線には、ついに国鉄時代を通して始めてとなる完全な新製車２０５系が投入され、１０１系の全廃と、１０３系非冷房車（１本のみ存在）の駆逐が行われた。２０５系は順調に増備され、１５本を数えた（のちに山手線より転用でさらに増える。くわしくは後述）。この間１０３系の廃車が始まったこともあり、クモハ１０３−１１など初期の車輌は冷房車であっても廃車となった（このクモハ１０３−１１は例外的に鎌倉総合車両所入れ換え車として、車籍はないものの長く活躍した。しかし同所の廃止とともに惜しくも解体された）。
東中野駅追突事故を受け、一時南武線用の１０３系が総武線に貸し出され、クモハ１０３−６９が総武線を走る一幕もあったが、事故の再発防止策として導入が決定された、新型のＡＴＳ、「ＡＴＳ−Ｐ」の取り付けに際して、クモハ１０３は改造が比較的大がかりとなるため、鶴見線に転属とし、同線の１０１系を置き換え、南武線の編成は両端をクハ１０３として、中間にモハ１０３＋１０２を２組入れた編成に統一することになった。これにより大井工場や土崎工場で更新工事を受けた、黄色系の車内の車輌が一時中間車を中心に多数投入されたが、京浜東北線への２０９系の開発投入、総武線への２０９系５００番台とＥ２３１系の開発投入による余剰車の転入、南武線そのものへの２０９系２編成の投入により、特に中間車を中心に顔ぶれは変わっていて、車内更新車であっても電装品が古い車輌は廃車となっている。
山手線へのＥ２３１系投入により、そこから発生する２０５系での１０３系の廃車が急速に進められた結果、最後まで残っていた第２２番編成を最後に全車引退し、南武線１０３系も過去帳入りした。