1972年（昭和47年）1月10日から10月2日までの月曜19時00分から19時30分にかけて、日本テレビ系列にて全39話で放送された。

製作はナック（現・ICHI）。

また広告代理店は萬年社で、萬年社は終了直後、『愛の戦士レインボーマン』『光の戦士 ダイヤモンド・アイ』といった、川内原作の特撮作品の広告代理店も勤める。

本作のアニメ化の背景には、昭和30年代の漫画のアニメ化によるリバイバルブームがあり、同時期に『赤胴鈴之助』がアニメ化されていた。

また本作の後輩ヒーローとも言える『仮面ライダー』の一大ヒット下でもあり、作品中に変身怪人が多数登場する。

主題歌の歌詞はかつてと同じだが、曲はメロディー、サウンドともポップス調のものに変えられている。

主題歌を作曲した三沢郷は、歌詞が実写版と同じであることに気付かないまま作曲したという。

敵との戦闘シーンになると背景がサイケデリックな絵柄になったり、敵や人間が死亡すると肌が青くなるなど、ナック独特の演出がふんだんに採り入れられている。

1980年代までの再放送ではクレジット表記ありのエンディングが使用されていたが、2002年に発売されたDVDや、CSなどにおける再放送ではノンクレジットのエンディングが使用されている。

アニメ版の月光仮面は、ターバンがヘルメットに変更された。

また額の三日月は、第1・2部では実写版とは逆向きに描かれている。

又、武器も鞭とベルトに装備された「ブルースター」と呼ばれる星型手裏剣や「向月（むかいづき）」と呼ばれる三日月ブーメランを主に使い、拳銃はほとんど使わない。

月光仮面の乗るオートバイは、実写版では単なる白塗りだったが、このアニメ版ではフルカウルのオンロードレーサー風、排気管3対のモデルに変更され、劇中では呼称されていないが、「ムーンライト号」という名称が付いている。

第1部は2002年11月7日にDVD-BOXが発売された。

第2部は同年11月21日にDVD-BOXが発売された。

第3部は同年12月21日にDVD-BOXが発売された。

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