1981年?1987年にかけ、テレビ朝日系にてシンエイ動画によりテレビアニメ化された。この番組は、放送時間帯移動の変遷が大きかったのも特徴である（変遷の詳細は下記参照のこと）。2008年5月1日よりテレ朝チャンネル（CS）で平日朝7:30?8:00[1]で放送されており、2009年1月5日よりBS朝日アニメストリート内でも放送される。全話収録ではないもののDVD化もされた。
『ドラえもん』、『怪物くん』とヒットして来た、シンエイ動画・テレビ朝日の藤子アニメ第3弾。夕方の帯（18:50?19:00）と日曜の朝（9:30?10:00）に放送されていた『ドラえもん』の後番組である。このアニメ版ではタツノコプロ出身の笹川ひろしが総監督に就任。それまでの藤子アニメとは一味違った新たな方向性を見出し、後進の藤子アニメにも大きな影響を与えた。ハットリくん達がずっこけるときのセリフ「ズコー!」は子供達の中で人気を博し、その後の笹川の関わった藤子アニメは、『パーマン』の「ヘコー!」や『オバケのQ太郎』の「オター!」などにみられるように、ずっこけのセリフが決められた。また、笹川が過去に関わった『ハクション大魔王』に登場する「それからおじさん」に通じる忍者姿のカラスで『ソレカラス』（声：梨羽由記子）というキャラクターも作られた。また原作のエピソードの少なさを補うため、アニメオリジナルのエピソードが数多く作られている。
1983年3月に、月曜19:00?19:30の週一の放送に格上げされ、15分2話形式となる（後に新作一本と過去の再放送2本となった）。なおこの月の関東地区では、帯、日曜、月曜7時と並行して放送されており、まさに「ハットリくん尽くし」の月であった。翌4月に『パーマン』が帯で開始されると、帯放送からは撤退。更に「藤子キャラ御三家」として、ドラえもん、忍者ハットリくん、パーマンの頭文字をとり『ドラ・ハッ・パー』なる造語も流行した。
しかし1985年に『藤子不二雄ワイド』が放送開始されると再び時間帯移動する。他の藤子作品と共にこの番組枠内で放送された。その際、帯時代と同じ10分1話形式に戻され、キャラクターデザインや色指定も若干変更がなされた。1987年4月に『藤子不二雄ワイド』が終了すると、再び18:50?19:00の帯番組となり、同年10月より『パオパオチャンネル』枠（金曜日）で放送された。 なお、原作よりも一足早く1987年12月に放送は終了するが、最終回らしい内容とはいえず（影千代がひっそりとプラカードを持って「おわり」と告げたのみ）、次回からは何事もなかったかのように再放送が続けられた。
香港では『忍者小靈精』のタイトルで放送され、広東語版主題歌「忍者」も作られた。
総監督：笹川ひろし
監修：鈴木伸一
作画監督：富永貞義、桜井美知代、野部駿夫、山下征二、なかじまちゅうじ 田代和男、高野登、川島彰、細谷秋夫、他
美術監督：宮野隆
撮影監督：金子仁
録音監督：大熊昭
整音：中戸川次男、大城久典
音楽：菊池俊輔
編集：岡安肇
効果：小川勝男、赤塚不二夫（漫画家の赤塚不二夫とは別人）
録音：オーディオプランニングユー
スタジオ：APUスタジオ
現像：東京現像所
製作デスク：熊瀬哲郎
製作協力：パンメディア
背景：スタジオユニ
撮影：アニメフィルム
プロデューサー：小泉美明、菅野哲夫（テレビ朝日）、萩野宏（旭通信社）、加藤良雄（シンエイ動画）
製作：テレビ朝日、シンエイ動画、旭通信社
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