电力机车的历史可追溯至19世纪早期。1835年，荷兰的斯特拉廷和贝克尔尝试制造了世界上第一辆由电池供电的二轴小型铁路车辆。然而，由于电动机技术的局限，其性能并不理想。1842年，苏格兰人R.戴维森成功研发了第一台标准轨距的电力机车，使用40组电池，重达5吨，尽管电力驱动效果有限，但这标志着电力机车历史的重要一步。
1879年，德国人W.von西门子在柏林夏季展览会上展示了他设计的小型电力机车，首次通过轨道间的绝缘第三轨从外部150伏直流发电机获得电力，这是电力机车首次成功的商业应用实例。电力机车在地下铁道的使用始于1890年，英国伦敦在一条5.6公里的地下铁道上首次采用电力机车牵引车辆。美国巴尔的摩铁路隧道区段在1895年引入了干线电力机车，采用675伏直流电，功率强大，自重97吨，功率达1070千瓦。
进入20世纪，德国对交流电力机车进行了试验，并在1903年创造了210.2公里/小时的高速纪录。中国在1914年在抚顺煤矿开始使用1500伏直流电力机车，随后，干线铁路电力机车采用了单相交流25000伏50赫兹的电流制。1958年，中国成功研制出第一台以引燃管整流的“韶山”型电力机车，1968年进一步改进为“韶山1”型，功率提升至3780千瓦。
近年来，电力机车技术不断进步，追求大功率、高速和耐用性。客运电力机车的速度已从最初的160公里/小时提升至200公里/小时，并正向着250公里/小时的目标迈进。然而，各国电力机车的电压标准复杂，对国际铁路联运构成了挑战。为解决这个问题，国际上已经制定了几种标准电压，包括直流600伏、750伏、1500伏和3000伏，以及单相交流6250伏、15000伏、25000伏等，以促进铁路运输的标准化。
电力机车由牵引电动机驱动车轮的机车。电力机车因为所需电能由电气化铁路供电系统的接触网或第三轨供运行中的电力机车给，所以是一种非自带能源的机车。电力机车具有功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量等优点。使用电力机车牵引车列，可以提高列车运行速度和承载重量，从而大幅度地提高铁路的运输能力和通过能力。