2003年に5181F、2004年に5182Fがそれぞれデビューしました。5080系デビュー時点では5000系が既にデビューしており、こちらには5000系シリーズの新たなドアチャイムやLCD車内案内表示器が搭載されていましたが、5181Fと5182Fの2編成においては3000系の後継車両の意味合いが強く、3000系をベースとした仕様で製造され、1世代前のドアチャイムやLEDのスクロール式車内案内表示器が搭載されていました。

埼玉高速鉄道線の開業に備えて、開業前年の2000年（平成12年）から2001年（平成13年）にかけて川崎重工業で6両編成10本（計60両）が製造された。ただし、第8編成から第10編成までの3本は、川崎重工業ブランドによる近畿車輛での製造（OEM）であるが、これらの編成の車内シール式製造銘板は「川崎重工業」になっている[注 1]。

2000年（平成12年）9月下旬以降に落成し、メーカーから甲種輸送により営団綾瀬検車区に搬入して整備や構内試運転が行われた[1]。その後、11月15日に路線整備が終了したことにより、順次浦和美園車両基地へ回送された[1]。

本系列は帝都高速度交通営団（現・東京地下鉄）・東京急行電鉄・東京都交通局・埼玉高速鉄道の4者による直通規格「相互直通運転における東急目黒線・南北線・三田線・埼玉高速鉄道線との車両申し合わせ事項」に合わせた仕様であり、ATOやホームドアによるワンマン運転に対応した設計である[2] 。2023年3月18日より東急新横浜線との相互直通運転開始されていた。