Les BB 8500 sont les jumelles des BB 25500, mais dépourvues de la partie 25000 V. Elles sont apparues à partir de 1964 pour remplacer les plus anciennes locomotives électriques, datant des années 20. Comme les BB 9400, elles ont des bogies monomoteurs, mais elles sont plus lourdes et plus puissantes.
Les BB 8501 à 8536 ont une puissance de 2610 kW, qui apparait un peu juste pour leur utilisation mixte, avec aussi bien des trains de marchandises que des omnibus voire même des express. La vitesse limite sur le rapport GV, prévue à 150 km/h, est abaissée à 140 à cause des suspensions et de la puissance insuffisante. Les engins des tranches suivantes ont une puissance de 2940 kW, équivalente à celle des 2D2 qu'elles commencent à remplacer. A partir de la 8588, en 1972, le châssis est rallongé, avec des cabines moins exigües et de grandes persiennes en inox.
Avec l'apparition des BB 7200 en 1976, libérant des BB 9200 et 9300, les BB 8500 deviennent rares en service "grandes lignes". Elles sont de plus en plus fréquentes en tête de trains de marchandises, leur possibilité d'unité multiple (UM) étant souvent utilisée (donnant 6000 kW, équivalant à une CC 6500). Une dizaine de machines sont utilisées en banlieue Sud Ouest parisienne, d'abord avec des remorques de Z 5600 (avant que les motrices soient livrées) puis avec des VB2N. Au milieu des années 80, avec l'évolution de la vitesse des trains de marchandises, le rapport PV passe de 90 à 100 km/h.
Le développement des rames réversibles (RIB, VO2N, RIO puis RRR) avec lesquelles elles sont utilisables en réversibilité (sauf les 8501 à 36) leur permet de trouver de nouveaux débouchés, mais l'essor du TGV diminue leur utilisation, surtout pour les machines à cabines courtes.
Devenues sous utilisées, 31 machines, dont 30 de la première sous série et une de la seconde, ont été transformées en BB 88500 pour les services de manœuvres à partir de 1997. 12 autres deviendront des BB 8700, adaptées à la pousse de trains de marchandises, en 2000 et 2001. Les autres engins sont reversés aux activités Fret et TER, sauf quelques unes utilisées pour pousser les trains de pèlerins vers Lourdes. Deux machines de Toulouse ont même été transformées en chasse neige en remplacement d'antédiluviennes BB 4100.
Au début des années 2000, l'inconfort des cabines des BB 8500 "courtes" donne lieu à une interdiction de parcours de plus de 150 km avec le même conducteur. Quelques unes, affectées au TER Bourgogne, ont subi les mêmes améliorations que les BB 8700. Les radiations ont commencé en 2004 et concernent principalement les engins Fret à petites cabines (la première sous série a disparu dès 2003) ; suite à l'arrivée des BB 27300, les engins Ile de France sont réaffectés en province. Les exemplaires restants furent utilisés soit en manœuvres (comme les 88500) soit avec des rames réversibles TER (Centre, Aquitaine, Midi Pyrénées et Bourgogne), les rames tractées classiques étant très rares, sauf quelques TER Languedoc Roussillon jusqu'à la fin des années 2000 et l'Aubrac Béziers-Neussargues avant son remplacement par des X 73500.
L'arrivée de nouveau matériel (principalement AGC) provoqua un retrait échelonné de la série, avec un arrêt des machines TER Bourgogne fin 2010 et un recentrage sur les régions Centre et Midi Pyrénées. Le parc TER Midi Pyrénées a été radié en juillet 2016, tout comme les RRR associées, tandis que celui TER Centre, utilisé avec des VO2N, connut un sursis jusqu'à la fin de lannée en attendant la livraison de toutes les automotrices Regio 2N commandées.
Quant aux BB 8500 dédiées aux manœuvres, les dernières ont été retirées début 2016 après remplacement par des BB 7200 ex Fret. Les deux seules machines à rester à l'inventaire sont donc celles transformées en chasse-neige.
| Année | 1964 | 1965 | 1966 | 1967 | 1968 | 1969 | 1970 | 1971 | 1972 | 1973 | 1974 |
| Mises en service | 8 | 23 | 5 | 12 | 0 | 0 | 9 | 10 | 20 | 25 | 34 |
| Parc total en fin d'année | 8 | 31 | 36 | 48 | 48 | 48 | 57 | 57 | 87 | 112 | 146 |
| Année | 1997 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 |
| Transformations en BB 88500 | 31 | 0 | 0 | ||||||||||||||||
| Transformations en BB 8700 | 0 | 0 | 12 | ||||||||||||||||
| Réformes | 0 | 4 | 0 | 2 | 12 | 13 | 9 | 4 | 4 | 3 | 1 | 3 | 4 | 4 | 9 | 4 | 7 | 17 | 1 |
| dont sous série 8501-8587 | 0 | 0 | 0 | 2 | 11 | 13 | 4 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| dont sous série 8588-8646 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 5 | 4 | 2 | 3 | 1 | 3 | 4 | 2 | 4 | 4 | 7 | 17 | 1 |
| Parc restant en fin d'année | 115 | 111 | 99 | 97 | 85 | 72 | 63 | 59 | 55 | 52 | 51 | 48 | 44 | 50 | 31 | 27 | 20 | 3 | 2 |
Les BB 8500 ont toutes construites avec une livrée vert sombre à bandeaux blancs, avec une plaque frontale. Les premières machines reçues ont des plaques latérales en relief, remplacées sur les suivantes par un marquage peint en blanc. Les engins à châssis court ont de petites persiennes, avec différentes variantes au niveau des grilles de filtration ; ceux à grandes cabines ont de grandes persiennes en inox. La BB 8563 sera la seule à conserver cette livrée jusqu'à sa radiation en 2004 (elle a été ferraillée quelques années plus tard).
A partir de 1986, la série reçoit progressivement la livrée béton, avec logo "nouille". Au début, la plaque frontale et le motif qui l'entoure étaient repris, puis ils ont été supprimés, avec un simple bandeau orange et un numéro peint. Les engins affectés au trafic banlieue en Ile de France reçoivent en 1995-1996 la livrée bleu / blanc / rouge spécifique à ce service, tandis que la livrée Fret fait son apparition au début des années 2000. Les engins affectés aux TER ont en partie été repeints en livrée "multiservices" (ou Corail +), puis en livrée "en voyage" à partir de 2003.
Avec la suppression de l'affection des BB 8500 au Fret, les autres activités ont récupéré des engins en bon état arborant la livrée Fret, le cas échéant modifiée avec suppression de ces grandes lettres vertes.
