副都心线起于东京“都市计划高速铁道网”中的“13号线”。1972年，“运输政策审议会”提出建设一条“由志木出发，经过和光市、成增、向原、池袋、东池袋、目白东、诹访町、西大久保，止于新宿的地铁线路”。同时要将东武铁道东上线的志木－和光市区间四线化，以应对线路延伸至涩谷、品川、羽田空港的可能。1985年，审议会提出的第7号报告确定将南端终点设在涩谷。
之后，东上线志木－和光市区间的四线化工程落实。和光市－小竹向原站计划共轨使用。小竹向原－池袋区间率先修通，在副都心线通车前，以“有乐町线新线”的名义运营。 13号线规划时属于远期规划线路。不过，小竹向原－池袋站与即将修建的有乐町线并线，为规避日后再次施工的风险和不便，这一段与有乐町线一体化建成。1977年工程获批，为节省地下空间，两线上下叠落式排列。1983年该段上方的有乐町线通车，但下方的13号线至1985年池袋站修成才完工。
为缓和有乐町线西段的拥挤，东京决定先行启用13号线建成部分。1992年5月至1994年10月，东京对下层线路进行了清理，安装电梯、扶梯、电气设备，完成内装修和出入口设置。1994年12月7日以“有乐町线新线”的名义开业。“新线”上的池袋站与有乐町线池袋站台有一定距离，因此在信息表示中以“新线池袋”加以区别。
线路于1985年前的建设经费算入了有乐町线的建设经费。1992年开始的施工则单独计算，共计126.6亿元。 1998年末，13号线池袋－涩谷区间的建设资金、许可逐步落实。日本政府期望其能增加副都心地区的活力，刺激长期低迷的经济，同时缓和JR山手线、JR埼京线的拥挤。2001年6月15日，该段正式开工建设，同时对千川、要町两站补充施工。（早先开通的有乐町线新线不停靠两站，因此两站只预留了建筑结构。）
工程总结了营团地下铁半个世纪以来的施工技术与经验，并应用了各种新技术。工程提出了“降低对环境的影响”、“降低成本”、“工程与沿途道路设施一体化”三条要点。
杂司谷站和西早稻田站由盾构机挖成，其余5站则采用明挖施工。东新宿站建造双层站台以设置快车越行线。新宿三丁目站设置向涩谷方向的折返线。工程一共使用了10台盾构机。
池袋－新宿三丁目站间由单线盾构机施工，新宿三丁目－涩谷则采用双线盾构机，其中明治神宫前－涩谷站用的是新型椭圆盾构机，减少工程土方量和轨道下铺设混凝土的使用量。
2007年1月24日，确定并公布13号线的名称为“副都心线”，沿途7站的站名也最终确定。 2008年6月14日全线（和光市－涩谷）以“副都心线”之名开业，其中和光市－小竹向原与有乐町线共线。有乐町线新线取消，新线池袋站也换回池袋站的名称。同日开始与东武东上线、西武有乐町线的贯通运营。
2013年3月16与涩谷站实现与东急东横线的贯通运营。 全长 20.2千米 独立段（小竹向原－涩谷） 11.9千米 共线段（和光市－小竹向原） 8.3千米 轨距 1067毫米 车站数 独立段（小竹向原－涩谷） 11 双线区间 全线 电气化 全线直流1500伏，接触网牵引供电 最急坡度 40‰（位于东新宿－新宿三丁目区间） 闭塞方式 限速式（东京地下铁新CS-ATC）
使用自动列车运行装置（ATO） 列车无线方式 诱导无线（IR）方式 最高速度 80千米/时 平均速度 急行 50.6千米/时 各站停车 42.9千米/时 表定速度 急行 48.3千米/时 各站停车 34.7千米/时 车辆段 和光检车区、和光检车区新木场分室 预算 2404亿日元 土木建设 1773.5日元 电气设备 248.3亿日元 车辆 170.8亿日元 其他 211.4亿日元 涩谷－小竹向原在开业时启用了月台半高安全门。（小竹向原站、池袋站于2008年4月启用）冰川台站－地下铁成增站也将陆续安装安全门。副都心线是继南北线、千代田线（支线）、丸之内线后第4条使用安全门的东京地下铁线路。
副都心线的安全门安装于车辆生产之后，而副都心线使用多种车型，各种车型之间的侧门位置存在差异，故安全门采用较大尺寸。
