E3系是一款由东日本旅客铁道（JR东日本）所使用的新干线直行特急（迷你新干线）用新干线车辆，主要行驶于东北与山形新干线等隶属于JR东日本的新干线路线上。

1997年（平成9年）3月22日开通的秋田新干线，正式使用基本番台的E3系电车。到了1999年（平成11年），山形新干线伸延至新庄，E3系1000番台亦于山形新干线开始运行；而在2008年至2009年的时候则制造了E3系2000番台，以代替先前行驶的400系电车编组，所以E3系电车总共有三种编组。

E3系列车的制造商分别为川崎重工业和东急车辆。2002年以后的“小町”号（こまち，Komachi）由川崎重工业制造，而“翼”号（つばさ，Tsubasa）则由东急车辆制造。目前E3系的全部列车都装设了数码自动列车控制装置（DS-ATC）。

直至2023年3月31日，JR东日本正在使用13列E3系列车：

另外，在E2系、E3系登场之前有一组六辆编组的高速实验车辆新干线952型、953型电力动车组，和新干线500系900番台电力动车组（昵称“WIN350”）一起摆放在位于米原市的铁道综合技术研究所风洞测试中心。

E3系0番台是秋田新干线“小町”号专用的E3系列车，最初使用5辆编组（4M1T）。1998年（平成10年）起，随着附随车E328型车辆登场，延长至6辆编组。E3系列车于在来线区间的最高速度为130km/h，在新干线区间的极速则可达275km/h。现在JR东日本拥有26列E3系0番台列车（共156辆，含先前向秋田新干线车辆保有株式会社租借的列车），全部由秋田车辆中心管理。

当初预定E3系列车只会以“小町”号和“那须野”号（なすの）的名义行驶，故E3系车身上原本有“こまち”和“JR Akita Shinkansen”的字样。但实际上E3系列车除了行走秋田新干线外，有时候会跟E2系、E5系列车并结，成为往来盛冈的“疾风”号（はやて）、“山彦”号（やまびこ）和“那须野”号列车。后来当E3系被安排在更多的东北新干线“山彦”号和“那须野”号班次上服务时，JR东日本将部分E3系的秋田新干线标识移除。

R1编组

1995年（日本平成7年）制造的首列量产先行试制车辆

R2～R16编组

1997年通车时的量产车辆，出厂初期每列由5节车厢组成。量产车与原型车的差异，在前照灯的配置上由驾驶室上方改至下方，前照灯的形状与及先头部形状也被改动。1998年开始增加为6辆编组。装置了DS-ATC。

R17编组

1998年的增备车辆。自本编组后以基本6辆编组登场。驾驶室前面雨刷为2支。装置了DS-ATC。

R18～26编组

2002年─2005年制造的增备车辆。车身外幌的材料由氨酯改为合成橡胶，并更换成拥有可移动座面的座位。牵引逆变器由GTO转为IGBT。装置了DS-ATC，驾驶室前面雨刷同样为2支。

E3系1000番台列车是1999年山形新干线自山形站延伸至新庄站的部分开业时的增购车辆。列车编组跟400系一样，为7辆编组（5M2T）。其中L53编组是在2005年才投入服务。

1000番台列车的车身被涂上400系的车身颜色，同时被标上“翼”号（つばさ）的标志，以统一山形新干线的形象。

现时JR东日本拥有1列E3系1000番台列车（L53编组，共7辆），均由山形车辆中心管理。

L53编组

2005年制造的増备车辆。VVVF逆变器控制装置的单元改为IGBT，车门的门铃设置也引用在该编组上。

2007年7月，JR东日本宣布自2008年12月起增备E3系以取代逐渐老旧的400系列车。新列车称为2000番台，共制造12列7辆编组列车（编组编号：L61－72），合计84辆。现时列车均由山形车辆中心管理。

在2008年12月20日时开始实施正式的营业运行，首班列车系由L61编组担任“翼112号”自山形出发前往东京，随后该编组担任“翼119号”自东京折返出发前往新庄。

与1000番台的不同点

以下是跟1000番台的主要的不同点：

担任山形新干线的“翼号”及东北新干线的“那须野号”。在东北新干线区间的部分列车与E2系混编运行，离峰时段多为单独行驶（因应COVID-19）。在宇都宫站 - 福岛站间以275km/h的速度行驶。

列车全部配属于山形新干线车辆中心。

为了对应了东北新干线内的高速营运行驶，JR东日本自2013年3月起投入E6系，并于2014年3月提高在东北新干线的最高营运速度到320km/h的同时，全部取代现在的秋田新干线“小町”号所使用的E3系0番台。部分被取代的0番台列车经改装后转移到山形新干线使用，其余则全数拆卸。 2014年3月14日的“小町”28号的秋田－东京班车为秋田新干线E3系列车最后班次这批E3系列后期生产的车后进入山形新干线。前期生产车则报废。3月15日以后，秋田新干线全部为E6系电车担当运行，超级小町号取消。另外，服务于山形新干线的E3系列车（包括0/1000/2000番台共15列编组）已自2014年春天起更改车身涂装，新涂装设计由奥山清行负责。最后一列旧涂装编组（L63）于2016年10月29日结束其最终运行。

2020年3月3日，JR东日本公布将为山形新干线引入本型列车之后继车款，并命名为E8系，首列新列车预计于2022年9月落成、并于2024年春天投入服务，预计于2026年春季全面取代E3系列车。

2020年3月14日起，东北新干线定期运用由盛冈以南改为福岛以南区间，并退出山彦号运用。

2020年10月，因受2019冠状病毒疾病疫情影响，乘车需求锐减，E3系0番台已全数退出营运。

2021年6月，因移动电话普及率高，JR集团各公司拆除所有新干线列车上的公用电话。

2023年2月11日,1列E3 2000番台列车被重新涂上旧涂装 , 编组是L65