221系電車（221けいでんしゃ）は、1989年（平成元年）に登場した西日本旅客鉄道（JR西日本）の直流近郊形電車『鉄道ジャーナル』1989年4月号、P.23。
1990年（第30回）鉄道友の会ローレル賞受賞車 - 鉄道友の会。 概要 thumb|230px|none|新快速で運用される221系原型車（1990年） JR西日本初の標準タイプ近郊形電車である『』、P.124、西日本旅客鉄道（2021年10月11日時点でのアーカイブ）。1987年4月の国鉄分割民営化直後、北海道旅客鉄道（JR北海道）以外のJR各社が新設計の特急形車両を登場させる中、新生JR西日本を象徴する車両として、東海道・山陽本線（琵琶湖線・JR京都線・JR神戸線）や関西本線（大和路線）といったアーバンネットワーク（京阪神エリア）の路線に投入された。
形式名は、213系の続形式として「215系・217系」とすることも検討されていたが、新生JR西日本の意気込みを込めて、一の位を1とした「221系」とされた『関西新快速物語』、P.162。電動車方式の違いは形式の奇数・偶数で区別することとした（後述）。
開発にあたっては、1988年に瀬戸大橋線用クロ212形の設計を担当した近畿車輛が、同車のエクステリアデザインを基本としつつ、同社の親会社である近畿日本鉄道（近鉄）向け5200系で採用した、3扉転換クロスシートや扉間の連窓構造などを盛り込んだ設計コンセプトを提案し、これを全面的に採用する形で実設計が行われた。製造は主に近畿車輛・川崎重工業・日立製作所が担当したが、一部は自社の鷹取工場と後藤車両所で組み立てられた。
JR西日本のイメージリーダーとして、新幹線や在来線特急との乗り継ぎ利用に配慮し、通勤輸送の改善と観光利用への対応を両立させ、古くから沿線ブランドを確立してきた関西私鉄のように、地域に親しまれる存在となるよう「鉄道車両デザインの未来」大森正樹（元JR西日本車両設計室課長、ジェイアール西日本テクノス設計部長）、国際交通安全学会『IATSS Review』第43巻第1号（2018年）32 - 36頁、窓が大きく明るい車内など快適な居住性と高速走行性能を実現し、大量増備と集中投入が続けられ、新快速や大和路快速の主力車両となった。
本系列には、新快速用車両の153系「ブルーライナー」、117系「シティライナー」に倣って、本系列の設計コンセプト「明るく静かで快適な車両」に由来する「アメニティライナー」の愛称が付与された後継の223系1000番台登場時のパンフレットには「新型アメニティライナー」の記載がある。。
後継の223系の増備に伴い、新快速の最高速度が130 km/hに向上したため、本系列は新快速運用からは撤退し、現在は大和路線やおおさか東線、奈良線や、山陰本線（嵯峨野線）・湖西線・草津線を中心に運用されている。
構造 本節では登場当時の仕様を基本として記述する。
車体 車体長は19,670/19,500 mm（先頭車/中間車）、車体幅は2,950 mm、20 m級車体に片側3箇所の両開き扉（開き幅1,300 mm森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.20）という、近郊形としてはオーソドックスな構成である森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.18森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.19。ただし、113系・115系と比較して両端の側出入口の位置を若干車端に寄せており、制御電動車・制御車の場合は運転台直後に乗降扉が配置される。
車体は相当数の増備が見込まれ、211系・213系での軽量ステンレス車体と比較して導入コストに大差が生じること『関西新快速物語』、P.160や高さ1 mもの大窓（後述の側面窓）を使用したために構体の強度不足を懸念したことから普通鋼製であるが、既存の鋼製車体を工夫することで、どれだけ軽量化ができるか挑んだシステムとした。台枠は、側梁と横梁に一般構造用圧延鋼材 (SS400)、枕梁と中梁に溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（SMA50B）および高耐候性圧延鋼材（SPA）を使用した溶接組立構造である。外板には耐候性圧延鋼材（SPA）を使用し、板厚は側腰板が2.3 mm、幕板が1.6 mmである。屋根板は、0.6 mm厚のステンレス鋼（SUS）波板および1.6 mm厚の SPA を使用し、ポリウレタン樹脂による塗り屋根としている。床には1.0 mm厚のSUS波板を使用する森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.22。
床面高さはホームとの段差を小さくするために1,150mm（117系比75 mm縮小）とし、屋根高さを46 mm上昇、天井機器の小型化により客室高さを2,330 mm（117系比160mm拡大）とした。
前頭部形状は展望・空気抵抗・見た目の良さなどを重視して、クロ212のデザインを継承した。このため、一般車としては破格の大型曲面ガラスを使用し、上半分に15度の後退角がついた流線形となっており、スピード感を強調している。また、運転台は若干低く、窓ガラスは側面以上に巨大なものとなった。また、地下区間の走行を考慮して中央に非常用貫通扉が設置され、デザインおよび隙間風防止の観点から外開き式プラグドアとし、膨張性シールゴムで気密性を保つ。
側面窓は従来車に比べて天地方向に大幅に拡大され、高さ1mとなった『鉄道ジャーナル』1989年4月号、P.24。また、外の景色がどの席からも見られるように座席1つに対して1枚の幅狭窓が連続で配置され、腐食対策としては不利となる戸袋部にも窓が設けられた。そのため、窓配置は便所なしの運転台付きが「dD(1)4(1)D(1)4(1)D(1)1」（d：乗務員扉、D：客用扉、(1)：戸袋窓）、中間車は「1(1)D(1)4(1)D(1)4(1)D(1)1」となる。なお、客用扉間の4連窓の内寄り2枚は非常時の換気などを考慮して下降式窓となっており、400 mm下降する。後継系列の223系では側窓高さが50 mm縮小されて950 mmとなり、さらに2000番台以降は座席配置の変更で戸袋窓も廃止されたため、大窓が並ぶエクステリアは221系固有の特徴である。また、ガラス破損時に223系後期車と同等の緑色ガラスに交換された車両も出てきている。
「パノラマ通勤車」をコンセプトワードとし、カラープランは観光利用にも適するようにした森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.23。ピュアホワイトをベースに、新快速および関西急電シンボルカラーのベージュ・ブラウンと、JR西日本のコーポレートカラーのブルーを組み合わせた帯を車体下部に配する。塗装案として、485系「スーパー雷鳥」に準じた白をベースにブルーとピンクの帯を配したものや、117系をイメージして車体下半分にクリームとブラウンの細帯を配したものとする案があった。なお、2009年（平成21年）より鋼製一般型車両の単色塗装化が進められたが、本系列は対象外とされた。
先頭車前面には、上部に幕式の種別表示器のみを設けた。側面表示器は、種別を幕式、行先と号車番号をLED式とした。これは運用線区が多岐に渡ることを想定して、列車種別の文字色で運用線区を表すというもので、表示内容の多様化に対する対応が容易なLEDと、色の自由度が高い回転式字幕を併用する方式を採用した。側面表示器のLEDは寿命保持のため走行中は消灯する。
この方式がJR西日本の標準となり、後に登場する近畿圏の近郊・通勤型車両および681系・281系などの特急形電車にも採用され、225系1次車および287系まで踏襲された。
また、側面の形式と車両番号は国鉄時代からの書体のものであるが、本系列が最後の採用となった。
車内 新快速への投入と113系の置き換えを両立させた3扉車で、座席は2＋2列の転換クロスシートを基本に、扉間に6脚（シートピッチ910 mm、乗降ドア横は固定式）、車端部に4人掛けボックス席を配した。ボックス席のシートピッチも転換クロス部分を向かいあわせにした場合に近い寸法（約1,750 mm）が確保されている。従来車端部に設けられていた配電盤や機器箱などは、運転配電箱や共通配電箱として極力床下に移設して妻厚を100 mmとすることで森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.24、中間車の座席定員を117系と同数の1両64席としている。先頭車は運転台直後に乗降扉を配し、座席定員を117系と比べトイレ設置車は6席、トイレ非設置車は4席の減少に抑えている。乗降扉は半自動対応のボタン式とされ、JR西日本の近郊・通勤型電車における標準仕様として他系列にも波及した。
座席モケットは当初ブラウンとベージュの組み合わせであったが、2011年（平成23年）6月より順次、225系0番台に準じたモケットに変更された「221系・223系0番台にシートモケット変更車」-『railf.jp（鉄道ニュース）』、交友社（2011年6月29日）。座席ヘッドカバーは白色とされたが、後に優先座席は識別のため緑色のものに交換されている。
車端部妻面には号車番号表示器およびデジタル時計を組み合わせた、LED式車内案内表示装置を設けた。トイレは当初和式で、編成中に1か所（クハ221形・クハ220形の2位側）設けた。なお、後の体質改善工事で車椅子対応の洋式に改造されている。このほか、車内公衆電話の設置が検討されたが、最終的には見送られた「[」-『まいどなニュース』（2024年4月28日）。
冷房装置はそれまで国鉄が採用していた集中式AU75 1基搭載とは異なり、集約分散式の WAU701（冷凍能力20.93 kW≒18,000 kcal/h）2基を各車毎に搭載する方式が採用された森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.31。これにより冷房装置の重量が2分されるため、集中式1基搭載と比較して構体、特に冷房装置を支持する天井の梁や側柱の強度設計が容易になっている。冷房装置 WAU701 に加えて、横流送風機、マイコン式温度調節器、自動巻き取り式フィルタおよび電気暖房機をマイコン制御により全自動運転が可能である。また、車外放送向けに放送用スピーカーを内蔵している森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.27。
乗務員室 運転台のマスター・コントローラー（マスコン）は、ブレーキとマスコンが別々の横軸ツインレバー型をJRグループで初めて採用した。他のJRグループでは1990年代以降JR四国を除いて左手ワンハンドル型の採用が相次いだが、JR西日本では221系以降、全ての在来線新造車両でこのマスコンを採用している。
車掌スイッチは個別開閉機能を設けた間接制御式（リレー式）を採用した。
主要機器 編成や車種構成の都合からMM'ユニット方式と1M方式の2種の主回路構成を採る形式が混在する。機構的には国鉄分割民営化後に製造された205系1000番台（MM'ユニット方式）および213系（1M方式）を基にしており、加えて耐雪ブレーキなどの耐寒・耐雪装備を備える。基本的なシステムは日本国有鉄道（国鉄）時代に新製した211系・213系に準ずるが、加速度の統一を目的に編成内のMT比1：1が維持された。編成両数は偶数両を基本とし、登場当初は2・4・6両編成、のちに8両編成が登場したが、奇数両編成も組成できるようになっている。
機器艤装での大きな特徴を以下に示す。 海からの潮風の影響が考えられるJR京都線・JR神戸線での走行を考慮し、浜側（1 - 3位側）に空制部品関係、山側（2 - 4位側）に電気部品関係を集中的に配置。 乗務員室内の機器や中間車の運転に関係する機器のうち、通常取り扱わないものを運転配電箱として床下に移設。 客室妻面に納めていた機器のうち各車共通なものは、共通配電箱として床下に移設。
主制御器は、205系で開発された CS57（MM'ユニット方式）と、213系で開発された CS59（1M方式）をそれぞれ基本とする、WCS57B・WCS59A が搭載されている。制御方式は界磁添加励磁制御であり回生ブレーキを常用する設計となっているため、211系などと同様に勾配線での抑速ブレーキも使用可能である。国鉄時代すでに207系900番台で採用実績のあったVVVFインバータ制御の採用は信頼性や費用対効果の観点を考慮し断念した『関西新快速物語』、P.161。制御用引き通しとしてKE96ジャンパ連結器が各車両連結面の2 - 4位寄りに設置されている。
補機用の電源として、213系（SC22）で実績のあるブースタ方式DC-DCコンバータと3相インバータで構成された静止形インバータ（SIV）WSC23 がクモハ220形・モハ221形・モハ220形に搭載される。集電装置からの直流1,500 Vを電源として三相交流440 V/60 Hz（定格容量130 kVA）および 単相交流600 V/180 Hz（定格容量30 kVA）を出力し、三相交流440 Vに関しては1 - 3位寄りに設置されたKE5Aジャンパ連結器を介して編成に引き通されており、後述する空気圧縮機や冷房装置、室内灯の電源となっている。単相交流600 Vに関しては自車搭載の励磁装置の電源である。各車には単巻変圧器が搭載され、三相交流440 Vを電源として単相交流100 V/60 Hzを出力する。これは、各車ヒーターなどの電源として用いられる。SIVが搭載されている車両には補助整流装置も搭載され、三相交流440 Vを電源として直流100 Vを出力する。モハ221形・クハ220形・サハ220形に搭載される鉛蓄電池（AB40、容量40 Ah）も直流100 Vを出力する。 +221系用主電動機の定格『Rolling stock & Machinery』第11巻7号、P.25形式WMT61SWMT64S最高使用回転数4,579 rpm最高端子電圧力行時450 V900 Vブレーキ時950 V1,050 V最大許容電流720 A360 A
主電動機は713系用として開発された MT61 を基本とする WMT61S（端子電圧375 V時定格出力120 kW）および、213系用として開発された MT64 を基本とする WMT64S（端子電圧750 V時定格出力 120 kW）の2種がそれぞれ採用されている。これらは端子電圧は異なるが、磁気回路の工夫などにより出力特性が極力同一となるように設計されている。
駆動システムは中空軸平行カルダンを採用した。歯車比は211系と同じ5.19である。
電動空気圧縮機は、SIV出力の三相交流440 V/60 Hzを電源とし、低騒音および保守簡易構造である水平対向・レシプロ式4気筒タイプを採用する森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.29。モハ221形に WMH3093-WTC2000A（吐出し量2,075 L/min）が、サハ220形・クハ220形は WMH3094-WTC1000C（吐出し量1,120 L/min）が搭載され、信頼性向上のため除湿装置を設ける。
集電装置は、投影面積を小さくできるメリットを持つ下枠交差式パンタグラフ WPS27 をクモハ221形・クモハ220形およびモハ220形後位寄りに1基搭載する。ばね上昇空気下降式であり、微動すり板を採用することで離線の減少を図っている。これは以後207系・223系の各系列にも継承されている。
台車には円錐積層ゴムによる軸箱支持機構を備えるボルスタレス台車である DT50・TR235 を基本とする WDT50H（動台車）・WTR235H（付随台車）が使用されている「WDT50H WTR235H／JR西日本221系」-『鉄道ホビダス（資料館 台車近影）』、ネコ・パブリッシング（2009年8月29日）。。台車枠はプレス鋼板製の側梁にシームレスパイプを用いた横梁で構成されたH形形状である森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.28。横梁内部は空気ばねの補助空気室としている。車体支持装置は、牽引梁を2本の連結器で支持したZリンク式とし、波打一体圧延車輪および両つば式密封円筒ころ軸受を採用することでばね下重量の軽減を図っている。高速走行時の安定性向上を睨んだヨーダンパ設置準備工事を当初よりされていたが、これは1998年（平成10年）以降、順次追加取り付けが実施され、電動車は各台車の左右に、制御車と付随車は各台車の片側面にそれぞれ取り付けられた『JR電車編成表'03夏号』、P.156『JR電車編成表'03夏号』、P.170。
基礎ブレーキ装置は、WDT50Hが踏面片押しブレーキ、WTR235Hが踏面片押しブレーキと1車軸あたり1枚のディスクブレーキを備える。
細かな差異としては、先頭車両に装着される台車の一部（クモハ221形・クモハ220形の前位側台車およびクハ221形・クハ220形後位側台車）に排障器が取り付けられているほか、モハ220形前位およびサハ220形後位側に装着される台車は側バリ端面が鉛直となっており、排障器の取り付けが可能な設計がされている。
ブレーキは制御応答性に優れる電力回生併用電気指令式空気ブレーキ方式を採用する。常用ブレーキ、非常ブレーキ、抑速ブレーキ、耐雪ブレーキおよび直通予備ブレーキの5種類を備えるが、非常ブレーキに関しては最高速度が110 km/hから120 km/hへ引き上げられたため、増圧機構を有している。抑速ブレーキは回生ブレーキを使用するが、制動力が不足する場合は空気ブレーキによる補足が入る。回生ブレーキは20 km/h前後で失効する。
各車にブレーキ関係の機器（ブレーキ受量器〈クモハ221形・クモハ220形・モハ220形〉、電空変換弁〈電動車〉/多段式中継弁〈付随車〉、増圧電磁弁、応荷重弁など）を一体箱化したブレーキ制御装置を搭載する森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.32。電動車では、MM'ユニット方式の場合はクモハ221形に搭載されたブレーキ受量器でユニットを組むモハ221形も含めた2両分を、1M方式の場合はクモハ220形およびモハ220形に搭載され、自車のみの1両分を制御する。ブレーキ受量器で所要ブレーキ力と回生ブレーキ力を演算し、不足するブレーキ力は空気ブレーキで補足するが、ブレーキ受量器からの電気指令を電空変換弁を介して空気指令に変換し、供給空気ダメからブレーキシリンダーに加圧する。付随車では多段式中継弁で運転台からの電気指令を空気指令に変換し、供給空気ダメからブレーキシリンダーに加圧する。
連結器は1編成を1車両として運用する考え方を基本としたため、中間連結部は半永久連結器を使用する森下逸男（JR西日本車両部管理課）他3名「アメニティライナー JR西日本221系電車」-『車両技術』No.187、P.17。先頭車運転台寄りの連結器は117系に倣い、増解結作業の容易化のために、電気連結器・自動解結装置付き密着連結器を採用する。
保安装置は、新製当初はATS-SWのみを搭載していたが、1998年（平成10年）から2001年（平成13年）にかけてATS-P取り付け工事が鷹取工場と網干総合車両所（以下網干と略称）で行われている『JR電車編成表2014冬』、PP.147・150・151・170・171。また、2006年（平成18年）から2011年（平成23年）にかけてEB・TE装置の取り付けが網干および吹田工場（以下吹田と略称）で行われている。
EB・TE装置の取り付けに合わせて、連結面間への旅客の転落を防ぐために中間車連結面への転落防止幌の取り付けが網干と吹田で行われた。2011年（平成23年）からは、運転台に映像音声記録装置（ドライブレコーダー）の取り付けが網干・吹田と下関総合車両所で行われている。
警笛は、AW-2およびAW-5が先頭車両床下に搭載されている『関西新快速物語』、PP.141-142。補助警笛（ミュージックホーンや電笛など）は装備されていない。
形式 当初からJR西日本の直流電化区域全域での運行を視野に入れ、常にMT比（編成内の電動車と付随車の比率）が1：1となる設計としたことから、電動車2両でユニットを組む221形グループと電動車1両と付随車1両の2両でペアを組む220形グループが並行して製造された。この結果、桜井線・和歌山線の2両編成から東海道・山陽本線の最大12両編成まで需要に応じた編成を自由に組成でき、また6両編成時の113系のように電動車比率が必要以上に高くなることもなくなった。
MM'ユニット車グループ クモハ221形（Mc） 米原・近江今津・京都（山陰本線）・天王寺・JR難波寄りの先頭に連結される制御電動車。前位寄りに運転台を備え、パンタグラフと主制御器などを搭載し、モハ221形とユニットを組んで使用される。 モハ221形（M'） クモハ221形とユニットを組む中間電動車。空気圧縮機（CP）などの空制系機器と冷暖房などのサービス電源を供給する静止形インバータ（SIV）などの補助機器を搭載する。 クハ221形（Tc） 上郡・播州赤穂・篠山口・園部・加茂寄りの先頭に連結される制御車。後位寄りに運転台を、2位寄りにトイレを備える。 サハ221形（T） 付随車。主要機器は搭載されておらず、連結位置はモハ221形の下り寄りに固定されている。
1M車グループ クモハ220形（M1c） JR難波・天王寺（阪和線）寄りの先頭に連結される制御電動車。前位寄りに運転台を備える。パンタグラフ、主制御器と補助電源用SIVを搭載する。クハ220形とペアを組み、2両編成を組成した。後にサハ220形とペアを組み、4両に組成されている。京都・網干には配置されていない。 モハ220形（M1） パンタグラフ、主制御器と補助電源用SIVを搭載する中間電動車。サハ220形またはクハ220形とペアを組み、6連および8連組成では、MM'ユニット車グループと混結される。 クハ220形（T1c） 加茂・京都寄りの先頭に連結される制御車。後位寄りに運転台を、2位寄りにトイレを備え、CPを搭載する。クモハ220形とペアを組み、2両編成を組成した。後にモハ220形とペアを組み、4両に組成されている。京都・網干には配置されていない。 サハ220形（T1） CPを搭載する付随車。クモハ220形またはモハ220形とペアを組み、6連および8連組成では、MM'ユニット車グループと混結される。
+編成表8両編成形式クモハ221（Mc）モハ221（M'）サハ221（T）モハ220（M1）サハ220（T1）モハ220（M1）サハ220（T1）クハ221（Tc）搭載機器ContCP, SIVCont, SIVCPCont, SIVCP6両編成形式クモハ221（Mc）モハ221（M'）サハ221（T）モハ220（M1）サハ220（T1）クハ221（Tc）搭載機器ContCP, SIVCont, SIVCP4両編成形式クモハ221（Mc）モハ221（M'）サハ221（T）クハ221（Tc）クモハ221（Mc）モハ221（M'）サハ221（T）クハ221（Tc）搭載機器ContCP, SIV形式クモハ220（M1c）サハ220（T1）モハ220（M1）クハ220（T1c）搭載機器Cont, SIVCPCont, SIVCP2両編成形式クモハ220（M1c）クハ220（T1c）2両編成は2011年3月12日までに全て4両編成に組み替えられている『鉄道ジャーナル』、P.60。搭載機器Cont, SIVCP 凡例 Cont：主制御器 CP：空気圧縮機 SIV：補助電源装置
次車ごとの相違点 次車クモハ221形モハ221形クハ221形サハ221形クモハ220形モハ220形クハ220形サハ220形1次車1 - 161 - 161 - 161 - 161 - 51 - 51 - 51 - 52次車17 - 3117 - 3117 - 3117 - 316 - 126 - 126 - 126 - 123次車32 - 4532 - 4532 - 4532 - 4513 - 3313 - 334次車46 - 6146 - 6146 - 6146 - 6134 - 5234 - 525次車62 - 7262 - 7262 - 7262 - 7253 - 6353 - 636次車73 - 8173 - 8173 - 8173 - 81
製造時期によって1次車から6次車まで区分される。対応する車号は右表を参照のこと。
相違点として、3次車以降は車外半自動ドアボタンの取付位置が若干下げられているほか、車内の吊り革とその引き通し棒が全体に渡って設けられるようになった。また、4次車以降は当初より乗務員室扉上の雨樋が装備されている。
改造 体質改善工事 +体質改善施工実績施工年度施工工場施工両数所属箇所施工済み車両割合合計吹田下関網干奈良京都2012年1200/1520%4/2262%8/968%123%2013年981632/15221%66/22629%28/9630%12627%2014年623268/15245%100/22644%52/9646%22045%2015年544292/15260%148/22665%76/9679%31667%2016年264058/12845%234/25090%92/9695%38481%2017年182878/12861%250/250100%96/96100%42490%2018年620112/13682%242/242100%96/96100%45094%2019年024136/136100%242/242100%96/96100%474100%
2010年代に入ると、当形式は初期車の製造から25年程度が経過し、車体腐食や電子機器劣化などが進行、後継車である223系や225系と比較すると品質面やサービス面が低下する傾向があった藤家宏一・四方博之・福田純平（JR西日本）「221系リニューアル車の概要」-『JREA』第56巻5号、P.28。そこで、接客設備の改善および安全性向上を目的に、2012年（平成24年）度から2019年（平成31年・令和元年）度にかけて、221系全474両を対象に体質改善工事を行った - 西日本旅客鉄道（2013年1月8日）「221系に体質改善車」-『railf.jp（鉄道ニュース）』、交友社（2012年12月27日）。体質改善第1号は吹田総合車両所京都支所所属のK12編成『JR電車編成表2014冬』、P.147となり、2012年（平成24年）12月27日に出場試運転を行い、2013年（平成25年）1月11日に営業運転に復帰した「221系リニューアル車が営業運転を開始」-『railf.jp（鉄道ニュース）』、交友社（2013年1月13日）。2017年（平成29年）度までに奈良車・京都車が、網干車も2020年（令和2年）3月に完了した「【JR西】221系全車の体質改善工事の施工が完了」-『鉄道ホビダス（鉄道投稿情報局）』、ネコ・パブリッシング（2020年3月29日）。
221系を含めた車両の体質改善（リノベーション）に対して2014年度にグッドデザイン賞が授与されており、一部車両に記念プレートが掲示されているJR西日本の車両リノベーション（体質改善） - GOOD DESIGN AWARD（2025年3月17日閲覧） - 西日本旅客鉄道（2014年10月17日）。
車体 前面部、戸袋部、側引戸に腐食対策から補強工事を施工藤家宏一・四方博之・福田純平（JR西日本）「221系リニューアル車の概要」-『JREA』第56巻5号、P.30。