Lorsque la SNCF commande, à la fin des années 80, les voitures express à deux niveaux, elle prévoit d'assurer leur traction et pousse par des BB 26000 neuves. Or, ces machines, puissantes et couteuses, sont en priorité à utiliser sur les trains lourds, alors que les BB 9200 et BB 16000, ayant à peine 30 ans, seraient très appropriées à cette utilisation.
Il est alors décidé de moderniser 15 BB 16000, avec pose d'un automate gérant la circulation en réversibilité (protocole multiplexé et non analogique comme auparavant), recablâge et changement des pupitres de conduite par des modèles bien plus ergonomiques.
Au fur et à mesure des transformations, les BB 16100, affectées au dépôt de La Chapelle (alors que les BB 16000 ont été mutées en 1996 au dépôt d'Achères), assurent à la fois des trains entre Paris-Nord et Amiens (exclusivement avec des rames V2N), et Paris-St Lazare et Rouen, Le Havre, aussi bien avec des rames V2N et que des rames tractées classiques (Corail, UIC, USI, DEV inox...).
La série arrivant en fin de vie, des BB 15000, libérées par le TGV Est, ont été équipées de la réversibilité "MUX" à partir d'avril 2007 et reprennent les liaisons au départ de Paris Nord. Cependant, les BB 16100 résistèrent quels années, utilisées comme renfort au parc des BB 16000 "ordinaires", dont la fin de carrière est encore plus rude (cabines non refaites, pas de recablâge). Les dernières ne disparurent qu'en 2010, une fois toutes les BB 15000 équipées.
Durant toute leur carrière, les BB 16100 ont arboré une seule livrée, analogue à celle des BB 9700 (leurs "jumelles" sous 1,5 kV) : à base de gris béton, avec une bande orange en bas de caisse, et une toiture ainsi que les extrémités en gris foncé. Seul le marquage a évolué, le logo SNCF de 2005 replaçant le logo "nouille" d'origine.
| Année | 1991 | 1992 | 1993 |
| Transformations de BB 16000 | 2 | 8 | 5 |
| Parc total en fin d'année | 2 | 10 | 15 |
| Année | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 |
| Réformes | 1 | 0 | 12 | 2 |
| Parc restant en fin d'année | 14 | 14 | 2 | 0 |