登場当初
東急田園都市線の混雑緩和・輸送力増強を目的として、1992年・1993年に10両編成3本が登場した。東急9000系をベースにした4ドア・20m車両であるが、分散型クーラーは2基ずつを寄せて搭載したため、クーラーのキセの形状が9000系と異なっている。また、走行路線の関係で9000系にあったボックスシートは本系列では採用されていない。
本系列はあくまで増備用であるため3編成のみの少数派となったことから、乗務員訓練などの都合のため東武鉄道(東武伊勢崎線方面)への乗り入れ対応機器は搭載せず、同線には直通しない東京メトロ半蔵門線・押上駅までの限定運用(通称「サークルK」。前面に「K」印のシールを貼っていることに由来)で使われていた。
2015年から翌年にかけて前照灯をLEDに交換する工事が行われた。
リニューアル・大井町線転用改造・改番
東急田園都市線の東急8500系は東急2020系に置き換えられることになったが、東急大井町線でも5両編成の8500系がまだ残存しており、その代替車両として2000系が抜擢されることになった。
2018年に、2003編成の中間車2両を除く8両に対しリニューアル工事が行われた。工事内容はパンタグラフの交換・増設、制御装置の交換、フリースペースの増設など。しかしこれはあくまで大井町線転用に向けた暫定措置。2019年には残る2001・2002編成についてもリニューアル工事と大井町線転用改造を施工、この際2003編成の中間電動車ユニット絡みの編成組み替えが行われた。
大井町線にはすでに各駅停車用として9000系が存在し共通運用になることから、少数派形式の2000系は9000系グループへ改番・編入されることになった。
なお、東急の公式サイトでは、正式名称が「東急9000系20番台」「東急2000系9020番台」「東急9020系」のうちのどれであるかについては言及されていないので注意。(2019年2月現在)
