1990年代，新潟・長野地區的普通列車除了使用115系外，還有165系。與近郊型電車的115系相比，165系是2門的快速型電車。不僅老朽化加劇，並且在尖峰時段上下車時間過長也是一個問題。
為了取代這樣的165系，JR東日本於1995年引進了E127系。
E127系不僅進行了車輛的老化替換，還提升了運輸的效率。採用不銹鋼車身和VVVF逆變器控制，旨在打造免維護的車輛，並且設計上也考慮到了單人駕駛。車身採用了與209系相似的結構，雖然客用門的數量與115系的近郊型一樣，都是一側3個。
在設備方面，控制裝置採用了東洋電機製造的GTO-VVVF逆變器。該公司生產的GTO-VVVF逆變器在私鐵中獲得了東急電鐵和阪急電鐵等的採用，但在JR集團中卻是非常少見的案例。隨著2010年代的設備更新，現在已全部被取代。
此外，雖然新潟地區的E127系未實現，但其設計是考慮未來3輛編成（1輛電動車）的運行需求。不過，由於長野地區的組別需要行駛於坡度線區，從設備的熱容量的角度，並未採用此設計。
E127系於1995年在新潟地區首次登場，隸屬於上沼垂運轉區（現在的新潟車輛中心），主要在新潟站周邊運行。
1998年，專為長野地區的100番台登場。這一型號的車體結構改自新潟地區的0番台，以701系為基礎。100番台配置於松本運轉所（現在的松本車輛中心），至今仍在以松本站為中心的範圍內運行，如篠之井線和大糸線。
自首次登場以來一直配置在松本的E127系100番台，與投入新潟地區的0番台相比，後者經歷了兩次轉折。
第一次重大變化發生在2015年，隨著北陸新幹線金澤的開業，進行了並行在來線的分離。此前由JR東日本營運的信越本線長野至直江津間，由妙高高原站以南由信濃鐵道繼承，而該站以北則由越後驚濤鐵道接手。
JR東日本向越後驚濤鐵道轉讓了E127系作為開業用的車輛。在製造的E127系0番台中，13組2輛編成的大部分，10組被轉讓，變成越後驚濤鐵道的ET127系。剩下的3組中，有一組在之前遭遇了平交道事故，並於2014年報廢。
第二次轉變是未轉讓至越後驚濤鐵道的剩下的2組轉籍。留在JR東日本的這兩組，自2015年以來仍在以彌彦線為中心的運行，但由於要取代南武支線的老化205系，因此搬遷至首都圈活動。
E127系於2022年結束了在新潟地區的定期運行。同年夏季，因為落雷造成的E129系車輛故障，其運行曾短暫恢復運行，但在2023年轉送至首都圈，並於同年9月開始在南武支線上運行。
