原作は、江戸川乱歩の子供向け探偵小説シリーズ『少年探偵団』。6人の少年少女によるわんぱく探偵団が、私立探偵明智小五郎とともに推理力と行動力を駆使して難事件に立ち向かい、怪人二十面相と対決する模様を描く。虫プロでは初の、手塚治虫作品以外をもとにして制作されたアニメである。

原作での少年探偵団は10人以上でメンバーも流動的であったが、本作では団員を6人に絞って個性を明確化している。怪人二十面相の容貌も、それまでのイメージとは異なる独特なデザインとなっている。

本作をもって、1966年4月からの『宇宙エース』以来2年半続いた木曜19:00枠のアニメシリーズは一旦終了。引き続き虫プロが手掛けた後番組『バンパイヤ』は、一部の箇所にアニメーションを取り入れたテレビドラマとして放送されていた。

小林少年

声 - 管野直行
わんぱく探偵団の団長。明智小五郎の助手を務める正義感あふれる少年。空手と柔道が得意。本名は小林芳雄。

おトコ

声 - 萩原宣子
わんぱく探偵団の団員。探偵団唯一の女の子で、髪型はツインテール。探偵団のまとめ役。明智小五郎の姪で、明智のことを「おにいさん」と呼んでいる。

チビちん

声 - 堀絢子
わんぱく探偵団の団員で最年少。おトコの弟で帽子を被っている。パチンコの名人。本名はとしお。「…てばさ」が口癖。

ステやん

声 - 富山敬
わんぱく探偵団の団員。顔が長く、比較的背が高い。軽自動車の運転免許を持っており、車の運転を得意とする。本名はすてお。

マメたん

声 - 竹尾智晴(第１話)、清水マリ(第２話～)
わんぱく探偵団の団員。メガネをかけている。機械に強い発明家で、知識も広い。団員が使っているバッジガンや通信機は、彼が作ったもの。関西弁をしゃべる。金に細かい。

デブとん

声 - 白井武雄
わんぱく探偵団の団員。体格が良く、食いしん坊。動物使いの名人。

明智小五郎

声 - 江角英明
するどい推理力と洞察力を持った名探偵。時に二十面相に出し抜かれることもあるが、最終的には宝を取り返している。探偵事務所を兼ねたマンションの一室に、夫人とおトコと一緒に住んでいる。

中村警部

声 - 大木民夫
わんぱく探偵団や明智小五郎に協力する制服警官。本作では実写版のようなボケ役ではなく、原作通りの鬼警部となっている。

怪人二十面相

声 - 若山弦蔵
変装が得意な大泥棒。明智小五郎の好敵手。正体を現すときには、マスクと衣装をはぎ取り、口ひげ、大きな襟付きマントと黒コートのマスク姿で現れる。殺人を嫌っている。

予告ナレーター

声 - 黒沢良

• 原作 - 江戸川乱歩
• 制作担当 - もり・まさき
• 監督 - 林重行
• 技術監督 - 山浦栄二
• 編集 - 古川雅士
• 音響監督 - 田代敦己
• 録音 - 東京スタジオ・センター、種子田文雄
• 現像 - 東洋現像所
• 効果 - 相原満
• 音楽 - 山下毅雄
• 制作助手 - 岩崎正美
• 制作 - 虫プロダクション

オープニングテーマ・エンディングテーマ

「わんぱく探偵団のうた」

作詞 - 壇上文雄 / 作曲 - 白木治信 / 編曲 - 山下毅雄 / 演奏 - MCS / 歌 - ボーカル・ショップ、上高田少年合唱団
ラジオドラマ版『少年探偵団』の替え歌。
本放送時には、オープニングのラストで小林少年が探偵団アイテム「バッジガン」から探偵団バッジを発射したところで「提供（旧・雪印乳業社章のスノーブランド）雪印乳業」という提供クレジットが出され、その後チビちんによる提供ナレーション「雪印乳業の提供だよ。V!」が入っていた。またエンディングラストでは怪人二十面相の高笑いの後、OPと同じ構成による提供クレジットと、チビちんの提供ナレーション「雪印乳業の提供でお送り致しました。V!」が入っていた。AT-Xでの再放送においてはクレジットもナレーションも外されていた。

挿入歌・エンディングテーマ（第15話ほか）

「怪人二十面相はうたう」

作詞 - 能加平 / 作曲・編曲 - 山下毅雄 / 歌 - 世良明芳

イメージソング

「わんぱく探偵団かぞえうた」

作詞 - 真崎守 / 作曲・編曲 - 山下毅雄 / 歌 - ボーカル・ショップ / お囃子 - 管野直行、堀絢子、萩原宣子、清水マリ、白井武雄、富山敬
10番まであり、各番ラストの「お囃子」は6番までは小林→チビちん→おトコ→マメたん→デブとん→ステやんと続き、7番以降は全て小林芳雄となる。

話数	放送日	サブタイトル	脚本	演出	作画
1	1968年 2月1日	二十面相登場	阿部桂一	りんたろう	金山明博 岡崎邦彦
2	2月8日	生きていた死神	加藤有芳	瀬山よしふみ	猿山二郎 牛越和夫
3	2月15日	夜光怪人	辻真先		神宮慧 新田雅利
4	2月22日	二十面相の復讐	加藤有芳	出崎統	金山明博 協力 - ジャガード、出崎統
5	2月29日	悪魔島の秘密	阿部桂一	平田敏夫	小川隆雄 朝戸澄子
6	3月7日	幻の鬼面城		波多正美	金山明博 協力 - 村野守美、波多正美
7	3月14日	青銅の魔人	黒島巌	勝井千賀夫	杉野昭夫 八幡正
8	3月21日	謎の幽霊寺	阿部桂一	北野英明	荒井則与 内海武雄
9	3月28日	皇帝の勲章	加藤有芳	出崎統	金山明博
10	4月4日	魔人ゴング	小宮敬	瀬山よしふみ	杉野昭夫 森田浩光
11	4月11日	黒猫博士	阿部桂一	平田敏夫	朝戸澄子 三浦晃志
12	4月18日	恐怖の毒蜘蛛		上梨満雄	小川隆雄 新田雅利
13	4月25日	二十面相の挑戦	加藤有芳	瀬山よしふみ	金山明博 協力 - ジャガード
14	5月2日	蝙蝠男爵		平田敏夫	猿山二郎 牛越和夫
15	5月9日	呪いの地獄仮面		北野英明	神宮慧 鈴木正俊
16	5月16日	魔の海賊船	阿部桂一	出崎統	金山明博 協力 - ジャガード
17	5月23日	天空の魔人		瀬山よしふみ
18	5月30日	蠟人間の罠	加藤有芳	林政行	荒井則与 内海武雄
19	6月6日	黒い魔犬（前編）	辻真先	北野英明	杉野昭夫 森田浩光
20	6月13日	黒い魔犬（後編）			小川隆雄 鈴木正俊
21	6月20日	妖怪博士	小宮敬	出崎統	金山明博 杉野昭夫 協力 - 出崎統
22	6月27日	鬼面城の秘密	阿部桂一	村野守美	朝戸澄子 三浦晃志 協力 - 村野守美
23	7月4日	灰色の巨人		上梨満雄	猿山二郎 新田雅利
24	7月11日	虎の牙	辻真先	平田敏夫	荒井則与 牛越和夫
25	7月18日	恐怖の人形館		瀬山よしふみ	金山明博 杉野昭夫 協力 - ジャガード
26	7月25日	地獄谷の脱出	阿部桂一	出崎統	金山明博 杉野昭夫 協力 - 出崎プロ
27	8月1日	謎の亡霊岬	辻真先	正廷宏三	金山明博 杉野昭夫 協力 - アートフレッシュ
28	8月8日	白髪鬼（前編）	加藤有芳	瀬山よしふみ	朝戸澄子 八幡正
29	8月15日	白髪鬼（後編）			小川隆雄 八幡正
30	8月22日	黒とかげ暗殺団		平田敏夫	猿山二郎 内海武雄
31	8月29日	海底封鎖作戦	阿部桂一	林政行	朝戸澄子 鈴木正俊
32	9月5日	二十面相をあばけ	加藤有芳	上梨満雄	荒井則与 森田浩光
33	9月12日	金塊輸送作戦		出崎統	金山明博 杉野昭夫 協力 - 出崎プロ
34	9月19日	二十面相の最後（前編）	岡崎邦彦	りんたろう 村野守美	杉野昭夫 谷沢豊
35	9月26日	二十面相の最後（後編）			小川隆雄 若林常夫

• フジテレビ（制作局）：木曜 19:00 - 19:30
• 山形テレビ（1972年に放送）：月曜 - 土曜 7:20 - 7:50、日曜 7:15 - 7:45
• 仙台放送：木曜 19:00 - 19:30

2005年12月28日、コロムビアミュージックエンタテインメント（現・日本コロムビア）から本作のDVD-BOXが発売された。

2016年9月30日、株式会社ベストフィールドからHDリマスター版DVD-BOX「想い出のアニメライブラリー第62集」が発売された。

大野ゆたかによる漫画化作品がある。当初は光文社の『少年』で昭和43年（1968年）2月号から連載されていたが、同年3月号をもって同誌が廃刊になったため、講談社の『ぼくら』へ移籍し、同年10月号まで連載されていた。