上世纪50年代，柴油机车开始在全世界迅速普及，中国也开始着手发展国产柴油机车。1956年，TDB制定了《铁路十二年科技发展规划》，提出牵引动力的改造是铁路技术改造的重点，要逐步由蒸汽机车转到电力机车和内燃机车。第一机械工业部机车车辆科学研究所开始了“内燃机车设计资料系统化”的课题研究；中苏两国并进一步签订了协助中国研制内燃机车的技术合作协定，大连机车厂于1956年10月至1957年12月先后派出两批技术人员赴苏联考察、学习内燃机车设计和制造技术。考察团回国后，大连厂于1957年秋季成立了内燃机车设计组，由中国机车设计制造专家傅景常任组长，决定参照苏联的TE3型柴油机车，开始进行新型电传动柴油机车的研制。
1958年2月，国家科学技术委员会正式向大连机车车辆工厂下达了试制干线内燃机车的任务。当时没有现成的全套图纸和参考资料，只有苏联专家提供的少量TE3型柴油机车的技术资料，以及HJ部门提供的几张美国费尔班克斯-莫尔斯公司38D8⅛型船用柴油机（苏联的2Д100型柴油机即为该型柴油机的仿制品）图纸。除了大连机车车辆工厂之外、大连钢厂、大连仪表厂、大连柴油机厂、大连工学院、大连HJ机械学校等单位也参与了试制任务。1958年6月20日，大连机车车辆工厂全体职工举行誓师大会，提出在当年国庆节前制造出第一台柴油机车的目标。同年6月29日开始试制车体金属结构，7月13日完成车体中梁组装，到8月15日完成了第一台机车的车体钢结构，8月底第一台柴油机完成组装。1958年9月26日，大连机车车辆厂试制出2台2000马力干线柴油机车，并将其命名为“巨龙型”柴油机车（车号为0001、0002），成为中国第一种电力传动干线柴油机车。
巨龙型柴油机车是直流电传动的干线货运柴油机车，由两节结构相同的2000马力柴油机车联挂组成，采用仿苏联2Д100型二冲程中速柴油机作为动力装置。1959年9月29日午夜，巨龙型机车从大连启程，并于10月1日凌晨到达北京，彭德怀亲自登车视察，并听取了机车主任设计师傅景常对机车结构、性能、设计试制过程的汇报。1959年国庆节期间，巨龙型机车与戚墅堰机车车辆工厂的先行型、青岛四方机车车辆厂的卫星型、株洲机车车辆工厂的韶山型机车一同在北京展览馆展出，并于同年12月参加第二次全国工业交通展览会。1959年11月12日，郭沫若亲自题诗祝贺：“电掣风驰今在眼，巨龙追逐卫星奔。韶山初见星星火，此日已经燎大原”。1960年3月，巨龙型机车在沈大铁路大连至大石桥间进行了牵引运行试验。随后，巨龙型机车配属北京铁路局北京内燃机务段进行运用试验。

在1950年代末的大跃进年代，各机车制造厂纷纷掀起“争取生产内燃机车”的热潮，采用的柴油机有高速、中速，功率各异，均处于试制研究的探索阶段。由于仓促上马，这几种机车性能、质量均有不足，未能定型及批量生产。面对这种情况，TDB确定了“高速柴油机和中速柴油机并举，电传动和液力传动并举”的方针。1959年起，大连机车车辆工厂和大连热力机车研究所联合对巨龙型机车进行了一系列的试验和改进。1960年底，TDB要求大连厂在巨龙型机车的基础上，改进及试制2Д100型柴油机和ND型柴油机车，并且要求所有零部件都必须是工厂自己生产的或者采用国内其它工厂的产品，以保证产品质量和达到批量生产的要求。当时科研部门曾有建议仿制苏联哈尔科夫运输机械制造厂最新型的12Д70型3000马力四冲程柴油机，但TDB考虑到当时中国国内薄弱的工业技术基础，认为研制难度太大，而且2Д100型柴油机较成熟，并有样机和整套设计图纸，可以较快上马，最终确定由大连厂仿制2Д100型柴油机。
1961年，大连厂根据苏联提供的TE3型柴油机车图纸，完成了机车定型和图纸整顿工作，并决定将装车功率降至1800马力，以确保柴油机的耐久性和可靠性。1962年底，大连厂试制的第一台10L207E型柴油机完成组装，至1963年又生产出另外两台10L207E型柴油机，并顺利通过了100小时可靠性试验。同时，由哈尔滨电机厂等工厂所组成的联合设计组，参照TE3型机车的电力传动系统，试制出国产化的电力传动系统，包括一台1350千瓦的直流主发电机和六台204千瓦的直流牵引电动机。
TDB将经过改进后的巨龙型机车定型为ND型柴油机车（“N”、“D”分别代表内燃机车、电力传动，是汉语拼音首字母缩写）。1963年12月，第一台ND型机车（ND-0003）在大连厂完成试制，并于同年12月底至翌年1月中进行了试运行。1964年9月，大连厂又试制出第二台ND型机车（ND-0004）。
1964年12月，10L207E型柴油机完成1000小时耐久试验，经TDB及相关单位组成的委员会鉴定后，TDB批准该型柴油机投入批量生产。1965年3月，TDB指示大连机车车辆厂停止蒸汽机车修理业务，并于同年6月转为开始批量生产ND型柴油机车，至同年年底已生产了20台机车（ND-0005～ND-0024）。1966年8月，ND型机车更名为东风型柴油机车，自此开始了中国铁路以“东风”命名的电传动柴油机车家族的生产历史。由于东风型机车是东风系列柴油机车的第一种型号，因此也或会被误称为“东风1型”，但东风1型并不是官方正式命名。

东风型柴油机车于1965年开始投入批量生产，直到1972年停产为止，大连机车车辆厂、成都机车车辆厂、戚墅堰机车车辆厂、大同机车厂共生产了704台东风型机车（包括ND型机车，不包括2台巨龙型机车）。大连机车车辆厂于1963年至1972年间生产了585台，成都机车车辆厂于1968年至1972年间生产了24台，大连厂和成都厂的机车编号混编，机车编号的号段为1201～1830，其中或有空号。大同机车厂于1965年12月完成试制一台（1232）。戚墅堰机车车辆厂于1970年至1974年间生产了94台（2001～2094）。
1972年，为了满足旅客列车牵引动力内燃化的需要，大连机车车辆厂在东风型机车的基础上设计制造了客运机车，东风1651号和1657号是最早改造出来的两台客运型柴油机车。客运机车的主要改造项目包括，将牵引电动机齿轮传动比由4.41改为3.38，使机车构造速度由100公里/小时提高到120公里/小时， 又加深了牵引电动机的磁场削弱系数，并更改了制动系统的制动倍率。1972年初，交通部机辆组于1972年初组织了几次运行试验，在京广铁路、京包铁路进行牵引试验和运用考核；在京广铁路全程试验中，双节机车牵引15辆客车由北京出发，运行32小时47分到达广州，中途停靠15个较大车站，最高试验速度达到125公里/小时。试验结果显示，该两台机车性能发挥良好、运用情况可靠，可满足牵引旅客列车的需要，但缺点是恒功率速度范围较小，高速运行时轮周功率偏低。
同年，大连机车车辆厂根据东风型1651号和1657号机车的试验结果，开始批量生产东风3型干线客运柴油机车，至1974年停产为止累共生产了225台（东风3-0001～0225）。成都机车车辆厂于1981年又生产过1台（0226），两家工厂合共生产了226台东风3型机车。由于东风3型实际上是为了应付客运机车短缺而生产的过渡产物，因此仅出现于1970年代至1980年代中期作为客运机车使用，后来随着东风4型、ND2型及北京型柴油机车的大量普及而被淘汰出客运领域。自1985年起，大部分的东风3型机车都按照TDB要求而改造为东风型机车。

东风型柴油机车是直流电力传动的干线货运柴油机车，采用单司机室的非承载式结构棚式车体，可以单节运行亦可两台双节联挂。当两台机车重联使用时，可由任一机车的司机室操纵机车。车体底架由两根工字钢和钢板焊接而成，两端设有车钩缓冲器和13号下作用式自动车钩。机车车体由司机室、动力室，冷却室三部分组成，三个部分之间采用螺栓连接。司机室前端设有大型前窗，为乘务员提供了广阔的瞭望视野（从东风型1278号机车开始，为改善乘务员瞭望环境，机车前窗由原来两扇改为五扇大窗。）；司机室内机车运行方向的左侧设有司机操纵台，右侧设有副司机座席及工具箱；司机室后部为高压电气间，设有主电路和辅助电路的各种电器设备。
位于车体中部的动力室内安装了一套柴油发电机组，动力室后部设有机油系统和燃油系统的部件，包括起动机油泵、机油滤清器、机油热交换器、燃油输送泵、燃油预热器及燃油粗滤器等；动力室的车体侧墙上装有油浴式空气滤清器；动力室设有可拆式车顶顶盖，以便检修和吊装柴油机。冷却室内设有两套独立的循环冷却水系统，两套系统各自设有30个散热器单节，分别用于冷却来自柴油机和机油热交换器中的循环水；冷却室顶部装有一个直径1.8米的冷却风扇，该冷却风扇采用直接机械传动，转速由后变速箱的摩擦离合器所控制。车体下方除了有两台转向架之外，之间还吊挂着一个可载5400公斤柴油的大燃油箱，一次加油能够保证机车走行800公里。
东风型柴油机车的轴式为Co-Co，机车走行部为两台三轴转向架；除了后转向架的后端梁上装有一个排障器外，前后两台转向架的其他结构均完全相同。转向架构架采用“目”字形的铸钢件及钢板混合焊接结构。车轴轴承采用四列向心滚柱轴承，车轴轴箱采用导框式定位结构。一系悬挂装置由螺旋弹簧、钢板弹簧、均衡梁、橡胶垫等部件组成。牵引力和制动力则通过心盘传递给车体，作为转向架回转中心的心盘不参与承重。在东风型货运机车上，车体上部重量通过四个带复原装置的旁承传递到转向架构架上，并利用旁承复原装置产生的摩擦力矩来抑制转向架蛇行运动；但由于旁承复原装置的特性并不利于机车通过曲线，复原力矩会加剧机车通过曲线时的轮缘磨耗，因此东风3型客运机车改为使用普通的平面摩擦式旁承。

1976年1月8日，中华人民共和国总理周恩来于北京逝世。同年10月30日，“毛泽东号”机车命名30周年纪念日在北京举行，来自全国铁路的100多位先进机车乘务员在座谈会上，一致提出要求命名一台“周恩来号”机车。1977年9月，中华人民共和国GWY通知TDB，中央同意命名一台“周恩来号”机车。考虑到“毛泽东号”和“朱德号”都是货运机车，而且都是位于中国北方的北京铁路局和哈尔滨铁路局，因此TDB决定在南方的上海铁路局，选取一台担当客运任务的国产柴油机车，将其命名为“周恩来号”。同年10月1日，上海铁路局展开“周恩来号”机车的推选过程，通知各分局在所属机务段的东风3型机车组中推荐一台机车，并上报TDB候选。1977年11月，TDB选定了上海铁路局上海机务段的东风3型0058号机车，在周恩来逝世两周年前夕命名为“周恩来号”，该机车组过去曾经驾驶KF型17号蒸汽机车。1978年1月1日，TDB发布《关于命名“周恩来号”机车的决定》。
1978年1月5日，命名仪式在上海市政府大礼堂举行，苏振华向“周恩来号”第一任司机长沈维忠颁授锦牌，会后在上海站举行了剪彩典礼。第一代“周恩来号”机车前端安装周恩来金色半身雕塑铜像，铜像下方“周恩来号”四个大字由华国锋亲笔题写（1981年改为普通仿宋体），机车主要担当上海至蚌埠间的旅客列车牵引任务。1987年12月28日，“周恩来号”机车由大连机车车辆厂新造的东风4B型2106号机车替换。1997年9月24日，为适应中国铁路第四次大提速，“周恩来号”机车又更换成戚墅堰机车车辆厂新造的东风11型准高速客运机车，并以周恩来诞生的年份数字“1898”为机车号码，2015年5月5日又更换为HXD1D型1898号电力机车。

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