提到東北新幹線的最快速列車，就是「はやぶさ」。於2011年3月5日開始運行的該列車，自出道起就主要採用同期亮相的E5系。
在「はやぶさ」開始運行之前，東北新幹線的最快達列車是於2002年八戶延伸開業時登場的「はやて」。該列車使用E2系，最高時速為275公里。JR東日本為了在東北新幹線延伸時追求更快的速達化，推動了以時速300公里以上營業運轉為目標的計畫，最終在E5系上獲得實現。
E5系是活用2005年登場的試驗車「FASTECH 360 S」成果開發的車輛。雖然「FASTECH 360」系列原本追求的營業最高時速360公里運轉最終被放棄，但實現了國內最快的時速320公里營業運轉。另，2011年出道時最高時速為300公里，直到2013年才終於解禁320公里的營業運轉。
在乘客服務方面，首次導入了作為超越綠色車的座位「グランクラス（Gran Class）」。雖然在國鐵時代曾有（舊）1等車，JR時代也有JR九州787系的「DXグリーン車」，但若不考慮綠色個室，這是新幹線史上第一次導入這種等級的座席。
為了對抗高速行駛時會造成問題的隧道微氣壓波、俗稱「隧道咚」，E5系的車頭設計得又長又複雜，流線形部分長度達15公尺。由於車輛總長難以大幅改變，延長流線形部分勢必使得先頭車的乘客定員減少；但提供少人數高級空間（定員18人）的グランクラス設於先頭車（10號車），可說是反向利用了這種車輛設計。
