Même si les CC 7000 et 7100, premières machines de vitesse à adhérence totale, sont un succès au début des années 50, rapidement il apparaît qu'elles ne sont pas les machines idéales : leurs six essieux sont accusés de fatiguer la voie. Le recours à des machines plus légères, à configuration d'essieux BB, semble à raison être la meilleure solution, alors que ce type de machine est à l'époque relégué aux trains de marchandises, dépassant rarement les 100 km/h.
Quatre prototypes sont alors construits : deux de conception suisse (où des machines type BB roulent déjà à 120 km/h) qui sont numérotés BB 9001 & 2, et deux autres de conception française, les BB 9003 & 4.
Livrées en 1952, ces deux dernières machines sont prometteuses et essayées sur la ligne Paris - Dijon. La BB 9004 est choisie pour mener des essais à grande vitesse aux côtés de quelques CC 7100, tandis que la 9003 expérimente des systèmes de commande à distance.
Le 31 mars 1955, alors que la BB 9003 est la première machine à rouler sans conducteur au monde (sur la ligne Paris - Le Mans, télécommandée depuis un autre train) la BB 9004 a battu le record du monde de vitesse sur rail, avec 331 km/h atteints sur la ligne des Landes. A noter que la CC 7107 a atteint elle aussi la même vitesse lors de cette campagne d'essais, car dans les deux cas ce sont les pantographes (identiques) qui ont empêché de rouler encore plus vite.
Devenant avec la CC 7107 un des emblèmes du parc de la SNCF jusqu'à l'arrivée du TGV, la BB 9004 a ensuite continué sa carrière sur l'axe Paris - Marseille, mais ces deux machines ont rapidement été reléguées aux trains de marchandises et de messageries vu leur caractères de prototypes. Entre temps, une série reprenant la même partie mécanique mais avec une autre caisse et une puissance accrue a vu le jour dès 1957 : ce sont les BB 9200, tandis que les BB 12000 et 13000 reprennent leurs bogies. Après avoir été utilisées entre 1958 et le milieu des années 60 sur la ligne Paris - Le Mans, les BB 9003 et 4, affectées au dépôt d'Avignon à la fin de leur carrière, ont été radiées en 1972 ; la 9004 ayant sa caisse abimée, c'est celle de la 9003 qui a été utilisée lors de sa remise en état par les ateliers d'Arles au début des années 80. Depuis cette date, la BB 9004 est exposée au musée de Mulhouse ou à diverses expositions.