Les BB 67000 ont été mises en service en 1963, simultanément avec les A1A-A1A 68000 et 68500, avec lesquelles elles ont de nombreux éléments communs. Contrairement à ces dernières, ne sont pas équipées d’une chaudière pour le chauffage par vapeur des rames : l’hiver, un fourgon chaudière est donc indispensable.
La génératrice entraînée par le moteur thermique produit du courant continu, utilisé dans deux moteurs électriques. Cette solution est assez lourde, source de pertes et ne permet pas le chauffage électrique des nouvelles voitures. Dès 1965, la 67036 va être transformée en BB 67291, prototype des BB 67300, avec cette fois-ci un alternateur produisant du courant alternatif, qui est ensuite redressé avant d’alimenter les moteurs de traction à courant continu. Elle deviendra d’ailleurs la BB 67390 en 1979.
La partie mécanique des BB 67000 (puis des BB 67300) dérive de celle des BB 9531 à 9536 : elles sont équipées de deux rapports de réduction, manœuvrables à l’arrêt, donnant soit une vitesse limite de 90 Km/h (fret), soit de 135 Km/h (voyageurs).
Grâce à leur livraison en 124 exemplaires jusqu’à 1968, les BB 67000 permirent le retrait des machines à vapeur sur un grand nombre de lignes, aussi bien sur les trains de voyageurs que de marchandises. Cependant, l’arrivée des BB 67300, 67400 & CC 72000, plus performantes, plus fiables et équipées du chauffage électrique des rames les confine progressivement vers le trafic marchandises.
En 1973, toutes les BB 67000 sont bloquées sur le rapport PV 90 Km/h, sont donc exclues du service voyageurs (les 70 BB 67300 sont, elles, bloquées sur GV 140 Km/h). Avec la crise pétrolière, la baisse du trafic fret et les nouvelles électrifications, le taux d’utilisation de la série décroît. Dès 1975, dix neuf BB 67000 (39 étaient initialement prévues) de la dernière série sont transformées en BB 67370 à 67389 : elles reçoivent une transmission « triphasé- continu », le chauffage électrique, la réversibilité, leur moteur est débridé et elles sont maintenant bloquées sur le rapport 140 Km/h ; leurs cabines sont renforcées, avec des feux rouges, comme sur les BB 67000 passant en révision générale.
Malgré cette diminution des effectifs de la série, l’utilisation des BB 67000 baisse toujours. Pour compenser ce chômage partiel, certaines machines sont utilisées pour les travaux de construction des lignes TGV à partir de la fin des années 70. Vu leurs puissance, leur aptitude à remorquer de lourdes rames dans les rampes sévères de la LGV Sud Est et aussi la difficulté d’effectuer de gros kilométrages, vu leur manque de fiabilité, la SNCF décide de dédier un lot de BB 67000 à l’entretien de la ligne et à l’éventuel secours des TGV avariés. Ces machines restent limitées à 90 Km/h, mais reçoivent la signalisation embarquée TVM, la répétition des signaux en cabine, un attelage automatique à une extrémité, et sont renumérotées dans la série 67200. Elles sont positionnées, par couplages de deux machines, en attente près des points d’accès à la LGV, prêtes à secourir une rame accidentée ; elles sont aussi utilisées la nuit, pour les trains d’inspection et d’entretien de la voie. Les autres machines sont parfois engagées sur des trains de marchandises, avec d’autres BB 67200 ou 67000, ou restent au dépôt.
Durant les années 80 et 90, le parc des BB 67000 s’est donc progressivement affaibli, au profit de celui des BB 67200, qui assurent leur tâche sur toutes les lignes à grande vitesse. Les exemplaires subsistant sont cantonnés aux trains de marchandises ou de travaux ; leur fiabilité ne s’améliorant pas, toutes ont été concentrées en 1998 au dépôt d’Avignon. A partir de 1999, toutes les BB 67000 passant en révision générale deviennent à cette occasion des BB 67200. Vu le mauvais état d’un grand nombre de machines, les radiations ont commencé en 2002, alors qu’une trentaine de machines subsistaient. Elles étaient utilisées en service marchandises autour de Miramas et sur la ligne des Alpes.
Le service des BB 67000 s’est définitivement achevé en décembre 2004, avec la radiation de la quasi-totalité des engins, sauf quatre, qui sont passées les dernières en révision et qui présentent donc un aspect général et un potentiel de parcours excellent : elles clôtureront le programme de transformation en BB 67200 (80 exemplaires).
| Année | 1963 | 1964 | 1965 | 1966 | 1967 | 1968 |
| Mises en service | 10 | 32 | 27 | 29 | 25 | 1 |
| Parc total en fin d'année | 10 | 42 | 69* | 98* | 123* | 124* |
* dont BB 67036 transformée en BB 67291 en 1965 ; ensuite devenue 67390 en 1979.
| Année | 1972 | 1975 | 1976 | 1977 | 1978 | 1979 | 1980 | 1981 | 1983 | 1984 | 1987 | 1988 | 1989 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 |
| Transformations en BB 67200 | 6 | 14 | 8 | 2 | 2 | 6 | 8 | 8 | 2 | 6 | 4 | 3 | 1 | 0 | 4 | 1 | 2 | 3 | ||||||
| Transformations en BB 67300 | 1 | 7 | 5 | 3 | 4 | |||||||||||||||||||
| Réformes | 1 | 1 | 1 | 5 | 16 | |||||||||||||||||||
| Parc restant en fin d'année | 123 | 122 | 115 | 110 | 107 | 103 | 97 | 82 | 74 | 72 | 70 | 64 | 56 | 48 | 46 | 40 | 36 | 33 | 31 | 26 | 6 | 5 | 3 | 0 |
Dessinée par Paul Arzens, la caisse des BB 67000 fut très remarquée lors de son apparition. Avec des formes mêlant arrondis et angles, une couleur bleu sombre et des bandes blanches rehaussées par des motifs en aluminium en forme de flèche, elles ont inauguré le style définitif du parc Diesel de la SNCF. A partir de 1974, lors des passages en révision générale, les cabines de conduite "panoramiques" (en polyester) sont remplacées par des modèles renforcés, similaires à celles des BB 67400. Des feux rouges sont installés, le logo frontal rond est remplacé par celui de 1968, les décorations frontales en aluminium disparaissent.
Cette livrée restera jusqu'à la fin de carrière de la série, même si au milieu des années 80 les plaques en relief et la flèche en aluminium seront remplacés par des motifs peints pour des raisons de corrosion.