L'électrification complète des axes Paris - Lille et Paris - Strasbourg nécessitait de nouvelles locomotives rapides fonctionnant sous caténaire monophasée, engins jamais envisagés auparavant. Les BB 16000 sont alors obtenues en reprenant toute la partie mécanique des BB 9200 (y compris la caisse) combinée à une partie électrique dérivée de celles des BB 12000. Très réussie, cette série de 62 exemplaires aura en charge les meilleurs trains des réseaux Est et Nord.
L'arrivée mouvementée des BB 15000 chasse les BB 16000 du réseau Est en 1978. A cette date, dix machines utilisées sur l'axe Paris - Rouen Le Havre reçoivent la réversibilité pour fonctionner avec des rames réversibles Corail VU 75 (deux engins supplémentaires seront modifiés en 1987).
Malgré cette diminution de leur territoire, l'utilisation des BB 16000 n'a commencé à diminuer qu'à partir de 1993 avec l'ouverture de la LGV Nord, partiellement compensée par l'électrification Paris- Caen - Cherbourg en 1995 - 1996 et la transformation de quinze unités en BB 16100. Elles ont ainsi gardé un activité relativement importante en trafic grandes lignes et régional à peu d'arrêts.
La radiation de la série n'a commencé qu'en 2006, avec l'arrivée de BB 15000 libérées par le TGV Est. Les engins réversibles eurent un répit, car il fallut aussi adapter les voitures pilotes Corail au nouveau système de réversibilité par multiplexage utilisé sur les BB 15000R. Les dernières radiations eurent lieu en 2012, après l'arrivée de BB 22200.
| Année | 1958 | 1959 | 1960 | 1961 | 1962 | 1963 |
| Mises en service | 20 | 18 | 12 | 1 | 7 | 4 |
| Parc total en fin d'année | 20 | 38 | 50 | 51 | 58 | 62 |
| Année | 1976 | 1978 | 1991 | 1992 | 1993 | 1996 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 |
| Réformes | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 3 | 3 | 6 | 10 | 4 | 6 | 11 | ||
| Transformations en BB 16100 | 2 | 8 | 5 | ||||||||||||||
| Parc restant en fin d'année | 61 | 60 | 57 | 49 | 44 | 43 | 43 | 43 | 42 | 42 | 39 | 37 | 31 | 21 | 17 | 11 | 0 |
