東海道・山陽本線や高崎・上越線の電化の延伸で不足する電気機関車を高性能なものに製造することを目的に、1952年に登場しました。
東海道・山陽本線や高崎・上越線、東北本線黒磯以南や紀勢本線などで配備されました。
高速運転時の性能に優れ、特急列車から貨物列車の牽引まで、幅広く運用に当たりました。
登場当初は特急・急行列車の優等列車の運用もありましたが、電車化が進んだので1960年代にはその座を追われ、寝台特急ブルートレインや夜行急行列車の牽引の主力機となりました。
61号機は、お召し列車牽引の専用機として長い間担当しました。
1980年代前半には老朽化が顕著となり廃車が生じ、東海道・山陽本線の定期列車からは1984年に、東北本線の定期列車からは1985年に、最後まで残った紀勢本線の定期列車も1986年3月に撤退しました。
その後はEF64形・EF65形の代替車として運用や臨時列車などに僅かに運用例が見られ、牽引性能が十分であることやファンサービスを兼ねて牽引機となりました。
スロ80系の運用時には暖房電源供給の関係から、運用に就くことが多くありました。