Les BB 66000, de moyenne puissance, avaient permis depuis 1960 le remplacement de bon nombre de machines à vapeurs tant en trafic marchandises que voyageurs. Cependant, elles ne disposent pas d'une ligne de chauffage électrique du train, et leur transmission à courant continu est désormais obsolète. Apparait donc en 1968 la série des BB 66400, remédiant à ces deux points faibles en utilisant une transmission triphasé - continu. Les bogies sont aussi différents, bénéficiant d'une suspension améliorée.
Les BB 66400 reprennent dès leur livraison les services voyageurs assurés par les BB 66000 et les complètent en trafic marchandises. Quelques unes sont affectées en région parisienne, sur des lignes pas encore électrifiées, avec des rames réversibles héritées des anciens réseaux. A partir de la fin des années 70, la majorité des engins est utilisable en trafic régional, avec des rames réversibles RIO et RRR.
Entre 1990 et 1993, la 66480 a expérimenté une chaîne de traction à moteurs asynchrones.
Aujourd'hui, les BB 66400 sont principalement utilisées par les activités Fret et Infrastructure (qui modernisent progressivement une partie de leur parc), les dernières sont encore affectées aux trains régionaux ayant perdu toute activité en 2009. Les premières radiations d'engins arrivant à limite de parcours ont eu lieu en 2011.
Les BB 66400 ont connu la même évolution que les BB 66000 "ordinaires" au niveau des livrées : d'abord bleue et blanches avec des plaques en relief, remplacées marquages autocollants, la livrée Fret est apparue au début des années 2000.
| Année | 1968 | 1969 | 1970 | 1971 |
| Mises en service | 25 | 32 | 28 | 21 |
| Parc total en fin d'année | 25 | 57 | 85 | 106 |