La série, dédiée au trafic marchandises, a débuté sa carrière en 2001 au dépôt d'Avignon, où les premières machines sortant d'usine remplaçaient les dernières CC 7100 et BB 8100 sur les trains vers Miramas, Fos et Lyon par les deux rives du Rhône puis la région parisienne et la Lorraine.
Tandis que les livraisons se poursuivaient, dès 2002/2003 la série quitta complètement le réseau Sud Est (ne descendant plus en dessous de la région lyonnaise) car affectée à Lens et Thionville pour évincer les BB 16500 sur le quart Nord Est. La série fit son retour en 2005/2006, permettant la radiation prématurée des CC 6500 utilisées dans le sillon rhodanien.
L'adaptation vers 2011 d'une partie de la série pour rouler sur les lignes ex Midi ("BB 27000M" avec des archets larges de pantographe) a permis son engagement sur la Transversale Sud au delà de Nîmes, vers Narbonne, Cerbère et Toulouse. A cette même époque, d'autres machines se virent confier la nouvelle Autoroute Ferroviaire Bettembourg - Le Boulou, seules ou en UM, conjointement aux BB 37000.
Depuis 2014 - 2015, les BB 27000 reprennent un partie des trafics jusqu'alors assurés en BB 26000 (et brièvement en BB 36300), dont les Miramas - Vintimille, alors qu'elles ne fréquentaient pas auparavant la ligne de la Côte d'Azur.
Certaines machines sont louées à des opérateurs privés (Europorte, ECR, Regiorail...), là encore sur la Transversale Sud, les deux rives de vallée du Rhône et autour de Miramas, qu'elles ne semblent pas dépasser vers l'Est.