交流可変電圧変圧器・低圧タップ制御からサイリスタ連続位相制御に変更。これにより起動・停止、加減速時の動揺が抑制された他、車体機器の軽量化・メンテナンスフリー化が実現した。
車体のオールアルミ合金化。
営業最大速度を210km/hから240km/hに増速(1983年6次車から)。さらにJR化後一部の車両は275km/h対応に改造され、これは500系の登場まで更新されなかった。
当初より普通車リクライニングシートを装備。
電気指令式ブレーキの採用。

0系より改善可能だったが、使用環境の問題から200系では断念した点は次の通り

特高圧母線引き通しによるパンタグラフ数減少。東北・上越新幹線は当初よりAT饋電方式を採用しており、特高圧母線引き通しが可能だったが、主に上越新幹線、及び北海道新幹線での冬季の架線着氷への懸念から従来通りMM'ユニット2両あたり1基が踏襲された。JR化後、一部の車両で改造により実施された。
主電動機出力向上及び制御器の性能向上による一部車両の付随車化。同様に上越新幹線、北海道新幹線での降雪期における空転、及び自力排雪能力の確保の観点から全M車が踏襲された。後に製造されたダブルデッカー車は付随車である。
回生ブレーキの採用。特に連続勾配のある上越新幹線では回生失効が発生すると致命的な状況になる可能性があった為、専用に抵抗器を搭載した発電ブレーキとした。
50Hz/60Hz共用化。0系の時点ではヘルツフリー機器の開発が尚早だった為、0系は60Hzで設計・製造され、東京電力管内では電力会社からの50Hz電源を60Hzに変換して供給していた。200系開発時点では在来線に既にEF81・457系・485系・415系といったヘルツフリー車が登場していたが、200系の走行区間は全て50Hzエリアの為、コスト抑制の観点から50Hz専用になった。なお、長野新幹線開業時、E2系の不足分を埋めるためF17編成に両周波数対応化改造を施したF80編成が登場した。

また、0系では既にヒートポンプ式の冷暖房両用エアコンが採用されていたが、200系は寒冷地を走行することから在来線で一般的なシーズ線暖房に戻されている。

運用と変遷

国鉄時代の新製車

最高速度が210km/hのE編成（E1～E39編成)と240km/h対応のF編成が存在した。いずれも12両編成で編成の内容は同一である。

E1-36編成　1980-82年に製造された1次車から5次車が該当。

F1-3編成　 1983年製造の6次車。最高速度240km/h対応で1000番台になる。

F4-21編成　1984-1985年製造の7次～9次車。先頭車の業務用室が縮小されて定員が5人増え、（先頭車のみ）1500番台になる。

また、E編成を240km/h仕様に改造する工事も開始され、これらもF編成に編入された。

先頭車のみ 1987年製の10次車で先頭車4両のみ、2000番台と呼ばれる。

100系新幹線同様の「シャークノーズ」になっていることが特徴であり、塗装も100系同様に窓下にもピンストライプが入れられた。また国鉄が最後に製造した新幹線車両であった。

これらはF52/F58編成に組み込まれ、既存の中間車にもピンストライプが入れられた。

JR化後の動向

1987年4月の分割民営化後は、利用率の悪い「とき」「あおば」の編成の短縮や、それら余剰車を活用・改造の上で新編成を組成する動きが多々見られた。また2階建てグリーン車の連結や山形新幹線 400系(後に)との併結に対応する改造、また編成替えに応じて車種間の改造も多々行われた。

1997年からは廃車が始まったが、一部の車両はリニューアル（延命）工事が施工されて2013年まで使用された。

以下、編成記号ごとに簡単に解説する。

E編成

国鉄時代からF編成への改造で数を減らしていたが、さらに追加の改造や編成の短縮（G編成）が行われ、1993年に消滅している。また1991年には東京駅の混雑対策として、7号車のグリーン車を11号車に移す編成替えが行われている。（F編成も同様）

F編成

JR化以降東北・上越新幹線の200系の中核を成した編成。1991年頃には東北・上越新幹線のほとんどの列車に充当された。基本的に早い段階で東北向けの編成はK編成(1部はH編成)への改造で、上越を中心に残った編成に関しても老朽化によって徐々に数を減らし2004年3月に定期運用から離脱、2007年最後のF19編成が引退、全廃された。

特徴のある編成を以下に記す。

F5/F8/F40編成　シャークノーズ仕様の先頭車改造車である200番台が組み込まれた。これらはピンストライプの無い標準塗装である。(当初は東北新幹線をメインに活躍したが、秋田新幹線開業後は上越新幹線がメインとなる)

F80編成　長野オリンピック輸送用に北陸新幹線乗り入れ用にF17編成を改造した。

60Hz区間や碓氷峠の急勾配にも入線できるよう周波数切替装置（60Hz区間でも補機類に50Hzを供給。従来の機器を活用するため）の搭載や電気ブレーキの容量増大、モーターの交換、軽量化目的で一部の椅子の交換などが行われた。2004年に廃車。

F90-93編成　1992年に上越新幹線（上毛高原→浦佐間の下り列車のみ　トンネル内の下り勾配を利用）での275km/h運転用に改造した編成でF54/F59/F14/F16が種車である。

275km/h運転は当時国内最速。1999年まで行われ、2002-2004年に廃車になった。

G編成

1987年以降利用率の悪い「とき」、さらに「あおば」用にE編成を短縮した編成である。

民営化直後の1987年4月から「とき用」にE10/E21-E27/E29編成の中間車2両が抜かれ、10両編成のG編成G10/G21-G27/G29が組成された。翌年3月にはさらに8両編成に短縮され、グリーン車の半室化とビュフェ車の非連結化が行われた。その過程でG26/G27/G29が12両編成に戻されてF40～F43編成に編入された。また、余剰車を利用して新規にG27/G28編成を組成、E9編成を短縮してG9編成に編入した。その後G9/G10編成はG25/G26に改められてG20-G28にまとめられた。

1989年には「あおば」も8両編成に短縮されることになり、E4/E7/E12/E13/E8/E18/E19編成からG40-G43/G46-G48が、余剰車利用でG44/G45が組成された。「とき」用のG編成とはグリーン車が全室であることと、非営業ながらビュフェ車が残されている点が異なる。なお、G45はグリーン車が無い変則編成であり、1992年に解消されるまでは限定運用が行われていた。

最高速度が210km/hと遅い上に比較的初期の車が多いこともあり、1997年以降廃車が進められて1999年に消滅した。

H編成

東北新幹線のフラッグシップとも言える編成であり、通称で「スーパーやまびこ」とも呼ばれる速達列車を中心に運用された。1990年にF43/F57/F52/F58/F42/F55の各編成に、2階建てグリーン車249形を連結して13両編成化し、H1-H6に改称された。いわゆる「シャークノーズ」の2000番台（H3/H4編成）、200番台(H1/H2/H5/H6編成)が先頭車に選ばれたが、組成後しばらくH6編成はシャークノーズの先頭車が間に合わずピンストライプをまとった0番台の先頭車が約半年間使用されていた。

翌1991年には、2階建て車1両（248形）と中間車2両が組み込まれて16両編成になり、H6編成の先頭車も200番台に差し替えられた。さらに1992年には過剰気味のグリーン車1両が普通車に変更されている。その後、秋田新幹線の開業後は分割併合に対応不可能などの理由から速達運用から外れ、東北新幹線の八戸延長以降はE2系投入によるスピードアップに伴って、2004年3月に運用が消滅した。H4/H5編成は全車普通車に組み直し臨時列車(主に上越新幹線)に使用されたが、翌2005年に廃車になっている。

K編成

東京～福島間で山形新幹線の400系「つばさ」との併結運転用に組成された編成であり、下り方の先頭車（222形）に密着連結器（新幹線用柴田式・電気連結器付き）と自動解結装置を装備する。秋田新幹線開業後はE3系「こまち」とも併結されるようになった。最高速度はF編成同様の240km/hである。

1992年に8両編成11本（K1-K11）が組成された。元になった編成はF4/F6/F7/F9/F41/51/F56及び余剰車である。一部の編成は7号車にビュフェ車を連結していたが、1992年秋以降普通車に置き換えられた。

しばらく大きな動きはなかったが、1997年までに既存編成の10両編成化とF編成から追加の編入(K41-51)が行われた。種車は事前にビュフェ車の普通車化と先頭車の連結器改造が施工してあったF1-F3/F11-F13/F15/F18/F20/F21である。既存の編成にもこれらの編成から抜き取った普通車が組み込まれて、新たにK21-31を名乗ることになった。

リニューアル工事(K編成の半数程度が施工)

1997年以降G編成から廃車が始まっていたが、短期間で全ての200系を新車で置き換えるのは非常に困難であったため、一部のK編成に対して10年程度の延命を見越したリニューアルが行われることになった。

工事は1998年～2002年にK編成12本(K21/K25/K26/K41-44/K46-K49/K51)を対象に行われた。

一見、運転室周りの形状と塗装の変更程度の変化ではあるが、車内設備の更新はもちろん、車体鋼体の改造や台車枠の新製まで行う大規模な工事となった。

なお、K47編成(リニューアル施工第1号車)のみ2007年に東北新幹線開業25周年を記念して旧塗装に戻された。その後、臨時イベントにはこの編成が主に使用され、普段は他の編成と共通で運用される。

2004年10月、新潟県中越地震でK25編成が被災、脱線したが線路やボディマウント構造が幸いし死者・負傷者は1人も出なかった。しかし、損傷が酷かったのでリニューアル車では初の廃車となりしばらく新潟の車両基地で保管されていたが、現在は先頭車のみJR東日本の研修施設に移されている。この影響で本来廃車となる予定だったK31編成がE2系J69編成製造まで延命され、その後はK31編成の先頭車が大宮の鉄道博物館で今も保存されている）

各路線毎の運用

東北新幹線

1982年6月23日：東北新幹線開業に伴い、最高速度210km/hのE編成(12両)が運用開始。当時は「やまびこ」(準速達タイプ)と「あおば」(各停タイプ)にて運用を開始。
1984年：最高速度240km/hのF編成(12両)が落成
1985年3月14日：上野開業に伴い、停車駅を絞った速達タイプの「やまびこ」が運用を開始する。また、以降は1部のE編成がF編成に改造される。
1989年11月：あおば用のE編成(12両)をG編成(8両)に短縮する。
1991年6月20日：東北新幹線の東京駅乗り入れし、同時に登場したH編成(16両)が主に速達タイプの「やまびこ」に使用される。
1992年7月1日：山形新幹線開業により、1部のF編成がK編成に改造の上で東京駅 - 福島駅間で「つばさ」との併結する「やまびこ」(基本的に東京-仙台間で運用)を中心に運用を開始。
1995年12月1日：東京駅 - 那須塩原駅間でG編成を中心に「なすの」が運転開始するが、「あおば」は大幅に削減される。
1997年3月22日：K編成がF編成からの編入による10両化の上で速達「やまびこ」として秋田新幹線の「こまち」との併結を開始する。一方で、F編成がK編成化される形で本数が減少し、H編成と共に基本的に速達タイプの「やまびこ」から撤退する。
1998年12月8日：G編成が運用から離脱し、東北新幹線を走る列車は最高速度275km/のE2系J編成とE3系R編成又は最高速度240km/のE4系と200系(K編成・H編成・F編成)と400系に統一される。
1999年3月29日：200系K47編成がリニューアルの上で運用を開始する。これ以降、2002年までに毎年4編成程度がリニューアル工事を施工される。(当初は「こまち」や「つばさ」との連結も含めた東北新幹線の「やまびこ」・「なすの」限定だった。)
1999年4月28日：それまで200系K編成で使用されていた山形新幹線「つばさ」(400系使用列車)併結の「やまびこ」の1部がE4系使用の「Maxやまびこ」に変更される。
1999年12月4日：「こまち」を併結する速達「やまびこ」が全てE2系に変更されたため、本系列は運用から撤退する。また、併結相手の「つばさ」の一部にE3系L編成が投入される。
2001年9月21日：「つばさ」の併結相手の全列車がE4系使用の「Maxやまびこ」に変更されたため、前日を最後にK編成が「つばさ」との併結する「やまびこ」から撤退する。これによって、東北新幹線内の列車は全て単独のみとなり、大宮を通過する列車も廃止となる。
2002年12月1日：全ての200系K編成リニューアル車が新幹線総合車両センターから新潟新幹線車両センターに転属し、仙台に所属する編成は全て原型の車両となる。
2004年3月12日：E2系J編成1000番台とE3系R編成の増備に伴い、主に東京-盛岡間で運用されていた原型のF編成・H編成・K編成が運用を離脱する。これ以降は新潟新幹線車両センターに所属しているリニューアル車されたK編成が日中の「なすの」と極少数の「やまびこ」(東京-仙台間の各駅停車タイプ)で使用されるのみとなる。
2007年6月頃：K47編成が東北新幹線開業25周年記念で原色塗装に戻される。
2011年11月19日：E5系の運用拡大によるE3系との併結開始に伴い、玉突きでE2系に押し出される形で前日を最後に東北新幹線から撤退する。

団体臨時列車による運転

2002年6月23日：東北新幹線大宮開業20周年を記念して、団体臨時列車「あおば201号」が大宮駅 → 仙台駅間で運行された。(F93編成使用)
2007年6月23日：東北新幹線大宮開業30周年を記念して、団体臨時列車「やまびこ931号」が大宮駅 → 盛岡駅間で運行された。(K47編成使用)
2012年6月23日：東北新幹線大宮開業30周年を記念して、団体臨時列車「やまびこ235号」が大宮駅 → 盛岡駅間で運行された。(K47編成使用)
2013年3月30日：200系引退を記念して、団体臨時列車「さよなら200系やまびこ号」が盛岡駅 → 東京駅間で運行された。(K47編成使用)
2013年4月13日：200系引退を記念して、団体臨時列車「ありがとう200系号」が仙台駅 → 上野駅間で運行された。(K47編成を使用)

上越新幹線

1982年11月23日：上越新幹線開業に伴い、最高速度210km/hのE編成(12両)が運用開始。当時は「あさひ」(準速達タイプ)と「とき」(各停タイプ)にて運用を開始。
1985年3月14日：上野開業に伴い、最高速度240km/hのF編成(12両)が運用開始。
1991年6月20日：東北新幹線とともに東京駅乗り入れを開始する。
1993年：E編成(12両)がF編成化され、消滅する。
1997年10月1日：「とき」(各停タイプ)を廃止し、停車駅に問わず新潟行を「あさひ」に、越後湯沢or高崎行を「たにがわ」とする。
1999年4月28日：東北新幹線から転属してきたK編成が運用を開始し、代わりにG編成が全廃する。
1999年12月4日：東北新幹線から転属してきたK編成のリニューアル車が運用を開始する。
2002年12月1日：全ての200系リニューアル車が新潟新幹線車両センターに転属する。また、「あさひ」を廃止し、とき」を復活させる。
2004年3月12日：リニューアル車されたK編成以外が定期運用を離脱する。(ただし、この約半年後に新潟県中越地震によってK25編成が事故廃車となった。その影響で、本来は廃車予定だったK31編成がE2系J編成1000番台のJ69編成落成までつなぎとして残留する。また、1部の編成は波動用などで暫く残留する。)
2007年6月頃：波動用で残っていた最後のF編成が離脱したため、以後は臨時も含めた全ての編成がリニューアル車のみとなる。同じ頃にK47編成が原色塗装に戻される。
2013年1月26日：本系列使用の「とき」と「たにがわ」の半数程度に東北新幹線から転属してきたE2系J編成が運用されるようになる形で運用が減少。
2013年3月16日：前日限りで上越新幹線から撤退し、本系列が全ての定期運用から退く

北陸新幹線(長野新幹線)

1998年2月：オリンピック輸送に対応するために長野新幹線の臨時「あさま」にて登場する。
1998年11月：この日を最後に長野新幹線高崎以北の営業運転から撤退する。

長野新幹線(北陸新幹線)の運転

終焉

2004年3月ダイヤ改正後はリニューアル施工車両以外(全てのH編成・F編成と半数程度のK編成)が定期運用を離脱した。(ただし、上越新幹線でリニューアル工事中のE1系の代走に使われた時期もあった)

2005年にH編成（上記のように臨時用のモノクラス編成）が全廃、K編成もリニューアル工事未施工車の廃車が進み2006年に全廃、既に定期運用を失っていたF編成も2007年のF19編成の廃車をもって消滅した。

リニューアル工事施工車に関しては「こまち」や「つばさ」の併結終了及び2004年ダイヤ改正での東京-盛岡間の「やまびこ」のE2系J編成(1部はE3系R編成)化によって、事故で廃車になったK25編成以外の11本が新潟新幹線車両センターに転属の上で「とき」や「たにがわ」や「なすの」(極少数のみ東京-仙台間の「やまびこ」)を中心に活躍を続けていた。因みに、2007年にはK47編成がオリジナル塗装に塗り替えられ、通常運用のほか東北新幹線30周年号などの記念列車で運用されている。しかし、E5系登場以降は置き換えが進み、2011年に東北新幹線から撤退。翌2012年には1982年開業時の車両が消滅した（新幹線車両としては驚異的な29年の長寿車だった）。

2013年3月のダイヤ改正で200系の定期運用が全廃され、4月14日のK47編成による「さよなら運転」をもって全車が廃車になった。なお、K47編成の先頭車1両のみが新津鉄道資料館に保存されている。