Bien que très satisfaite de ses locomotives Diesel 040 DG (futures BB 66000), la SNCF désire diversifier ses fournisseurs de moteurs thermiques, en essayant un moteur SEMT Pielstick de 1200 Ch. sur trois BB 66000 de la première tranche.
Treize autres machines sont construites, mais à partir de BB 66000 de la seconde tranche, et numérotées dans la série 040 DG 300, devenant rapidement BB 66300 (en 1962), puis 66600 à partir de 1965, tandis que les trois prototypes sont remis en état initial. Rapidement, le moteur type PA2 est remplacé par un autre V12, mais de type PA4, plus puissant et version "raccourcie" de celui des BB 67000.
Ces engins, affectés à Nevers, ne sont pas suivis pas une commande plus importante, n'apportant rien de nouveau par rapport aux BB 66000. Cependant, les 66609 et 66613 sont équipés d'un système de chauffage du train et d'une transmission triphasé continu, servant ainsi de prototypes aux BB 66400 ; elles prirent alors les numéros 66691 et 92.
Dès 1975, les BB 66600 sont mutées au dépôt de Nîmes, et utilisées en complément des BB 66000 "ordinaires" avec des trains de marchandises et aussi de voyageurs en été (ligne vers le Grau du Roi, avec des voitures anciens réseaux et DEV / UIC / USI). Les deux BB 66690 restent en Bourgogne et sont radiées dès 1982 / 1983, rachetées par des entreprises de travaux.
Envoyées au dépôt d'Avignon en 1987, puis utilisées sans roulement régulier, notamment sur les trains de travaux (LGV Rhône Alpes), toutes les machines ont été radiées entre 1993 et 1997, souvent reprises par d'autres opérateurs comme VFLI ou des compagnies de travaux.