キハ28・58形などの車両取替に伴い、キハ110系に続く新型気動車として開発された車両である。
　JR東日本の気動車としては初のステンレス車体で、キハE130系は朝夕の混雑に対応するため片側3扉、キハE120系は片側2扉とした。またディーゼルエンジンの燃料噴射装置には、高圧電子制御システムを採用した。
　このエンジンは、最適な量の燃料を噴射して燃焼を行うことで、運転時の排煙を低減するとともに低騒音を実現した、次世代の環境に優しい仕様になっている。
　さらに、ディーゼル車情報制御装置（DICS）や電車同様の補機システムを搭載することにより、各機器のメンテナンスも軽減された。