Als in den Sechzigern die Nachfrage nach schnellfahrenden Güterzugloks stieg, wurde eine Weiterentwicklung der E 50 geprüft. Die Anforderungen sahen vor, auf Steigungen bis fünf Promille 120 km/h schnelle Schnellgüterzüge mit bis zu 1.000 Tonnen und 80 km/h schnelle herkömmliche Güterzüge mit bis zu 2.000 Tonnen zu befördern. Eine Änderung der Übersetzung der E 50 scheiterte daran, dass deren im Vergleich zu anderen Einheits-Elektroloks schwächeren Fahrmotoren bei höheren Geschwindigkeiten nicht ausreichend gewesen wären. Eine komplette Neuentwicklung schied jedoch aus zeitlichen Gründen aus. Die Lösung bestand nun daraus, einen Kompromiss zwischen der bewährten Technik der Einheitsloks und moderneren Baugruppen zu finden.
Da sich die Fahrmotoren der E 50 nicht für eine größere Leistungssteigerung eigneten, wurden die Fahrmotoren aus E 10 und E 40 weiterentwickelt. Mit insgesamt sechs dieser Fahrmotoren konnten eine Stundenleistung von 6.288 kW und eine kurzzeitige Bremsleistung von 6.600 kW realisiert werden. Da die Drehgestelle und die elektrische Ausrüstung der E 50 nicht für diese Leistung geeignet waren, lehnte man sich an die Technik der Baureihe 103 an. Zur Erleichterung der Wartung bediente man sich neuer Konstruktionsprinzipien, die auch schon bei der 103 zur Anwendung gekommen waren. So bestand die komplette Verkleidung des Maschinenraums aus drei großen Hauben, die wie auch die Führerstände als Ganzes abgenommen werden konnten. Das Innere der Führerstände wurde im Vergleich mit der Vorgängerbaureihe auf einen modernen Stand bezüglich Komfort und Ergonomie gebracht.
Gemäß ihrer Auslegung wurden die Loks fast ausschließlich vor schnellen oder schweren Güterzügen eingesetzt. Trotzdem verfügten sie über die nötige Ausrüstung, um bei Lokmangel auch Personenzüge ziehen zu können. Nur auf der Frankenwaldrampe wurden sie planmäßig vor Personenzügen eingesetzt, was seit 2003 auf Grund der fehlenden Türblockierung nicht mehr zulässig ist.
Die schwersten, in Deutschland eingesetzten Güterzüge waren anfangs 4.000 und später 6.000 Tonnen schwere Erzzüge, die von den Nordseehäfen zu den Stahlwerken im Inland fuhren und von jeweils zwei Loks der Baureihe 151 gezogen wurden. Da diese Lasten zu groß für die in Mitteleuropa üblichen Schraubenkupplungen waren, wurden dazu 20 Loks und eine ausreichende Anzahl von Güterwagen mit Mittelpufferkupplungen ausgestattet. Als diese Dienste in den Neunzigern wegfielen, wurden die Loks wieder mit Schraubenkupplungen versehen und anderen Einsatzgebieten zugeordnet.
Im Gegensatz zu den anderen Einheitsloks blieben die meisten Exemplare bis in die Neunziger in ihrer ursprünglichen Farbgebung in Chromoxidgrün lackiert. Ihre Bedeutung sank mit der zunehmenden Anzahl von vierachsigen Drehstromloks für den Güterzugeinsatz, da die Bahn sich auf Grund der erhöhten Abnutzung an Rädern und Schienen schnell von Loks mit dreiachsigen Drehgestellen trennen wollte.
Seit 2003 kamen sie überwiegend nur noch zum Nachschieben auf Rampen zum Einsatz. Zur gleichen Zeit begann der Verkauf an private Unternehmen, die die Loks auf Grund ihrer Leistung und Zuverlässigkeit noch länger einsetzen werden. Der größte Abnehmer war ein Konsortium aus Railpool und Toshiba, welches im Jahr 2017 den Vertrag über den Kauf von 100 der insgesamt 170 hergestellten Maschinen unterzeichnete. Bei der Deutschen Bahn werden die Loks mittlerweile ausgemustert, wenn die Wartungsfristen ablaufen.