Constituant la quatrième génération de locomotives Diesel dédiées à la traction de rames Talgo, ces machines très performantes utilisent une transmission hydraulique, permettant d'importants gains de poids. La caisse reste proche de celle de la série 353, très basse et longue, mais est maintenait équipée d'un attelage "traditionnel" à vis permettant la remorques de voitures classiques.
Initialement fixée à 180 km/h, leur vitesse maximale fut rapidement portée à 200 km/h suite à l'apparition de rames type Talgo 4 équipées d'un système de pendulation : c'étaient certainement les locomotives Diesel de série les plus performantes au monde (en France, seules les CC 70000 et la CC 72075 étaient plus puissantes mais moins rapides).
Construites à seulement huit exemplaires, plusieurs accidents et avaries réduisit ce nombre à seulement trois au milieu des années 2000 : vu les coûts de maintenance, la RENFE décida de les remplacer par la série 334 et les réforma fin 2009, malgré leur très bon état.