Ces locomotives, d'une puissance de 3 687 kW, sont équipées de quatre moteurs de traction entrainant les quatre essieux moteurs par une transmission Buchli, autorisant une vitesse limite en service de 140 km/h.
Elles ont été conçues après la Seconde Guerre mondiale avec les BB 8100 pour l'électrification de la ligne Paris-Lyon et en attendant les CC 7100 (qui n'arriveront qu'à partir de 1952). Il fut décidé d'en construire 35 exemplaires en reprenant les plans des anciennes 2D2 d'avant guerre, et en y ajoutant quelques améliorations.

Comme les autres locomotives de construction française à cette époque, elles n'étaient pas équipées de sièges pour les agents de conduite mais d'une simple selle, remplacée par un siège sur pied lors de l'application de la VACMA en 1965, puis par un strapontin en 1973.

La première machine (9101) a été mise en service le 2 mars 1950 et la dernière (9 135) le 31 juillet 1951.

Ce fut la dernière série de locomotives électriques à châssis rigide et essieux porteurs. Leur conception issue d'une technique éprouvée en fit une série sans problèmes particuliers.

Elles ont circulé sur le réseau Sud-Est et notamment sur la ligne Paris-Lyon-Marseille.

Elles ont terminé leur carrière au dépôt de Lyon-Mouche en 1987, reléguées à la traction des trains de marchandises. Leur retrait du service fut motivé pour cause de masse excessive (144 t), et d'entretien délicat et onéreux.

La masse de ces locomotives fut mise à profit avec un train composé des 2D2 9106, 9110, 9132 et 9102, utilisé comme lest pour les essais en charge d'un nouveau pont SNCF sur la Marne, à Charenton-le-Pont le 5 décembre 1984.

La 9101 a parcouru 51 657 km en mars 1954, ce qui constitue un record du monde.