「月刊少年ガンガン」で連載されていた漫画『鋼の錬金術師』をアニメ化した作品である。タイトルの英訳である「FULLMETAL ALCHEMIST」を正式タイトルに付加している。英題は『Fullmetal Alchemist: Brotherhood』。

本作品は2003年にも一度アニメ化されているが、これは原作の終了予定の目途も立っていない時期に製作されたことから、ストーリー・設定にオリジナル要素が強い独自の完全オリジナルストーリーとなっており、本作品との関係性はない。本作品は第1話を除けば、ほぼ原作に沿った展開や内容でストーリーが進行する。

当初、正確な放送話数が発表されていなかったが、2009年11月1日に開催されたイベントにて、テレビ放送は5クール（1年3か月）の計画であることを発表。

毎日放送（MBS）製作アニメで5クールに渡る作品は、1999年9月の「日5」枠の前身である「土6」枠の『ゾイド -ZOIDS-』以来、約10年ぶりであり、同時期に放送されたNHK教育テレビジョンの『獣の奏者エリン』（ただし、本編と総集編を合わせて）と並ぶ5クール放送となった。

当初は原作が2009年の夏に完結、アニメも2010年の3月に終了予定であったが、原作の最終回が伸びたため、アニメもそれに合わせて5クールでの放送が決まった。その結果、原作は月刊少年ガンガンの2010年7月号（2010年6月11日発売）をもって完結したが、アニメもそれとほぼ同時に最終話を迎えることになった。単行本化されていない部分を描いた第60話後半以降は、ガンガン本誌に掲載されてから短期間でアニメ化される形になったために、荒川に完成する前のラフの状態での原稿をもらい、それを元に絵コンテを描いていた。原作最終話のボリュームが予想以上で（通常の倍の110頁超）、1話でまとめられなかったため、予定していた6月27日放送終了から1話追加して、7月4日に最終話を放送した。

最終話の放送終了後、劇場版『鋼の錬金術師 嘆きの丘（ミロス）の聖なる星』の制作が発表された。アニメ制作は引き続きボンズが担当し、世界観やキャストも本作品に準じているが、スタッフは一部が本作品から変更されている。2011年7月2日公開。

本作品は基本的に原作に準拠しているものの、「なるべく視聴者にわかりやすく」「続きが気になる終わり方」にするために、ストーリーの順番入れ替えや、セリフの一部に変更が加えられている。また、各話ごとの起承転結を考えて、テーマを明確にするために強調するところや簡潔にするところを決めるようにしている。原作は主人公が数か月登場しない回も多いがアニメではなるべく登場させるように心がけている。他にも原作にはないアニメオリジナルの描写などがところどころに追加されている。原作者自ら何度か脚本会議に出席しており、脚本会議の様子について「こんな解釈もあるのか!こんな表現もできるのか!と目からウロコです」と発言している。

原作以上にフィーチャーした演出が本編やオープニング・エンディングテーマで見られる。

原作から本作品アニメ化に際し割愛されたエピソードは主に原作初期に相当する部分で、ユースウェル炭鉱での騒動と列車強盗事件はカットされている。このため、中盤から準レギュラーキャラとなるヨキの出自は、不明になってしまうため、ブリッグスでエルリック兄弟と合流した際にヨキの回想という形で簡潔に纏められた。その際、金に困って泥棒になったヨキがアームストロング家に入るエピソードがあり、そこでは、アレックスの両親と妹のキャスリン、原作の本編には未登場だった次女と三女が登場している。それに対しハクロ少将は、原作序盤での列車強盗事件についての補足はなく、物語終盤の大総統列車爆破事件に際して初登場となった。

錬金術を発動する際に練成陣から発する光は、原作ではカラーの際には黄色で描かれるが、アニメでは、通常の錬成の際の光は青色、「賢者の石」を用いた錬成の際の光は赤色、と区別されている。

オリヴィエの部下であるブリッグズの兵らには、原作では名前が設定されていないキャラが多数いたが、アニメでは何名かに名前がつけられている。そのうち、比較的活躍が多かった、通信係の「カーリー」（声 - 堀川仁）は第55話のアイキャッチに単独登場を果たした。原作から名前がつけられていてより登場の多い、リザとハボック以外のマスタングの部下たちでさえも単独でのアイキャッチ登場はなかったため、原作では無名のキャラクターとしては破格の扱いとなった。

制作にあたり、原作者から「登場人物に "死ね" と言わせない」「いくら錬金術が便利だからと言って、空は飛ばないように」と頼まれたという。2003年版アニメと製作会社および放送局は同じであるが、メインスタッフや声優陣は大幅に入れ替わっている。ただしエルリック兄弟をはじめ、一部キャラクターは2003年版の声優が続投し、また2003年版に出演した声優が別のキャラクターで再出演もしている。

• 企画 - 竹田青滋、植田益朗（第1話‐第14話）、勝股英夫（第15話‐第64話）、田口浩司、南雅彦
• 原作 - 荒川弘（掲載 月刊『少年ガンガン』スクウェア・エニックス刊）
• 監督 - 入江泰浩
• シリーズ構成 - 大野木寛
• キャラクターデザイン - 菅野宏紀
• 錬成陣デザイン - 荒牧伸志
• 美術デザイン - 金平和茂
• 美術監督 - 佐藤豪志
• 音楽 - 千住明
• 音響監督 - 三間雅文
• プロデューサー - 丸山博雄、米内則智、大山良、倉重宣之
• アニメーション制作 - ボンズ
• 製作 - 鋼の錬金術師製作委員会（アニプレックス、スクウェア・エニックス、ボンズ）、毎日放送

歌詞字幕 - あり

• 第46話「迫る影」の放送（2010年2月28日）では、チリ地震の影響による津波警報が画面右下に常時表示されたことで画面が見えにくい状態となったため、視聴者から苦情や再放送を求める声が相次いだ。そのため、MBSなど一部地域にて再放送が行われた（一部地域に限られたのは放送事故によるものではないため）。

本編のDVDおよびBlu-ray Discは2009年8月26日から2010年11月24日にかけて発売された。全16巻。アニプレックスから映像ソフトが発売される他作品のBlu-rayが基本的に完全生産限定版のみであるのに対し、本作品はDVDと同様に通常版でも発売されている。映像特典として、毎巻荒川弘描き下ろしの4コマ劇場を収録。第1巻、第5巻、第9巻、第13巻には外伝作品のアニメを収録。

『鋼の錬金術師・ラジオFA宣言』のタイトルで音泉およびアニメイトTVにて隔週配信されている（バックナンバーなし）。パーソナリティはエドワード役の朴璐美とアルフォンス役の釘宮理恵。