EF66形電気機関車は、日本国有鉄道（国鉄）が1968年（昭和43年）から1974年（昭和49年）まで、日本貨物鉄道（JR貨物）が1989年（平成元年）から1991年（平成3年）まで製作した直流電気機関車です。
東海道・山陽本線系統の高速貨物列車専用機として開発された形式である。
名神・東名高速道路の整備により輸送シェアを拡大しつつあったトラック輸送に対抗するため、国鉄では特に所要時間の短縮が急務とされた生鮮品輸送を中心に貨物列車の高速化を計画した。最高速度 100 km/h での走行可能なコキ10000系コンテナ車・レサ10000系冷蔵車と並行して、専用の新型機関車の開発が開始された。
当初は動軸数8軸の「H級」とする構想もあったが、大出力電動機の実用化に見込みがついたことから動軸数6軸の「F級」として開発が進められ、1966年（昭和41年）9月に試作機が川崎車輛（現・川崎重工業）で完成した。これがEF90形である。定格出力 3,900kW は狭軌鉄道では当時世界最大のものであった。
同年11月より、先に運用を開始していたレサ10000系の特急貨物列車「とびうお」「ぎんりん」の牽引で運用を開始し、運用結果を基に1968年（昭和43年）から量産機の製作が開始された。これがEF66形である。
本形式の量産開始に伴い、これまで暫定的にEF65形（500番台F形）の重連牽引としてきた「とびうお」などの高速貨物列車は本形式1両での牽引に切り替えられ、以後、東海道・山陽本線系統の高速貨物列車を主として使用されてきた。1985年（昭和60年）3月からは寝台特急（ブルートレイン）「はやぶさ」「富士」など旅客列車の牽引にも使用されるようになった。
1987年の国鉄分割民営化では西日本旅客鉄道（JR西日本）とJR貨物に承継された。1989年（平成元年）には、JR貨物によって一部設計変更の上で新規製作が行われた。これはコンテナ貨物輸送の好調を受け、列車増発に対応するもので、当時並行して開発に着手した新型機関車の投入までに輸送状況の逼迫を賄う時間的猶予がなかったための過渡的な措置である。以降、コンテナ車を主とする貨物列車に重用されている。
JR西日本所属車は引き続き東海道・山陽本線区間の寝台特急で運用されたが、2009年3月、同区間の客車寝台特急全廃を以って定期運用を終了、2010年には全車が除籍となりJR西日本所属車は消滅した。
第12回（1969年）鉄道友の会ブルーリボン賞受賞。
車体:高運転台式非貫通で、運転台を特急形電車と同様の一段高い位置に設け、中央部を突出させた前面形状は従来の国鉄電気機関車にない独特のものである。灯火類は正面下部に前灯・後部灯を垂直に配列、左右の灯火間には通風孔を兼ねたステンレスの飾り帯を配し、正面のナンバープレートは特急形電車に類似する逆三角形の標章と一体化した意匠である。これら形状の特徴から、本形式は容易に識別できる。外部塗色は車体が青15号（濃青色）、正面下部と側面の帯はクリーム1号である。
主電動機は、1,000tの貨物列車を100km/hで運転することを開発目標として、三菱電機が原設計を担当した。本形式専用に開発された直流直巻整流子電動機のMT56（85%界磁時の端子電圧750V時1時間定格出力650kW、定格回転数1,200rpm）を6基搭載する。このMT56は後述するQD10中空軸式可撓吊り掛け駆動装置を採用することを前提として、耐熱性の高い無溶剤エポキシ樹脂絶縁材の採用や定格回転数の引き上げなどで高出力を得られるように設計された低トルク高回転数仕様の高速電動機であり、MT52より軽量でありながら85%界磁でMT52の全界磁時の約1.5倍の出力を実現した。本形式ではこのMT56を歯数比3.55で使用し、85%界磁での定格速度を72.2km/hに設定、より定格回転数の低いMT52で歯数比3.83としていたEF65形の全界磁定格速度45km/hを大幅に上回ったのみならず、貨物用機関車でありながら、牽引力を低くし定格速度を高く設計されていた旅客用機関車のEF58形（歯数比2.68、全界磁定格速度68km/h）による重連とほぼ同等の走行性能、言い換えればEF65形の牽引力とEF58形の運転速度を両立する、一種の万能機として完成した。
制御方式は国鉄直流電気機関車で一般的な抵抗制御であり、主電動機の電気配列をつなぎ変える組み合わせ制御は橋絡渡り方式を採用している。制御装置として、CS27抵抗バーニア制御器、CS28界磁制御器を搭載する。 設計時には電車と同様、左側に主幹制御器、右側にブレーキハンドルを配置する計画もあったが、現場サイドの要望よりこれは廃案となった。
弱め界磁制御はS（直列）、SP（直並列）、P（並列）の各ノッチにおいて最弱40%までの8段と在来車より多く設定し、細かな速度制御が可能である。制御回路はリレーからダイオード・サイリスタ・シンクロ電動機等の新技術が積極的に採用され、空転検知装置は電気機関車で初めて主電動機電機子電圧比較方式を採用した。
台車はダイアフラム形空気ばねを枕ばねに用いたDT133（両端）・DT134（中間）で、両端のDT133は空気ばねを介してまくらばりに全荷重を伝え、けん引力伝達にもボルスタアンカーを用いる、同時期の電車用台車に近い構造になっている。中間のDT134は曲線通過時に横動に対応する必要があるため、上下揺れまくらと揺れまくら釣りを持つリンク式機構を備え、上揺れまくらが車体と結ばれている。
軸箱支持機構は台車枠の側梁から垂直に下ろされたピンと軸箱の円筒ゴムが摺動することで前後左右方向を弾性支持し、上下荷重は軸受直上に位置する2組のコイルばねが負担する、ED60形用DT106以来の方式が踏襲されている。
動力伝達機構は従来の吊り掛け式ではばね下重量が過大で軌道負担が大きく、またMT56のような高速電動機ではフラッシュオーバーなどの故障が頻発する恐れがあったことから、新開発のQD10中空軸可撓吊り掛け式駆動装置を用いてばね下重量を軽減している。これは設計当時ドイツ連邦鉄道103型電気機関車などで採用されていたのと同様の機構で、国鉄電気機関車では最初で最後の採用例となった。
高速貨物列車の牽引が前提であるため、ブレーキ装置には電磁ブレーキ指令装置と応速度単機増圧機能を装備する。電動空気圧縮機 (CP) は10000系貨車の空気ばねにも空気圧を供給するため、EF65形と同様のMH92B-C3000を2基を搭載する。
連結器は周囲にブレーキ指令を伝えるブレーキ管 (BP) および空気圧を供給する元空気溜管 (MRP)、と2系統の空気管を装備し、同形の連結器を備える10000系高速貨車との連結時には空気管も自動的に連結される構造である。これは10000系貨車の各台車に備えられた空気ばねと各車のブレーキ装置を駆動する動力源となる元空気溜に空気圧を供給するMRPを編成全体に引き通すためで、連結器本体は遊間のない日本製鋼所設計の密着式自動連結器を使用して連結時に各空気管も確実に接続される設計としている。
補機類や計器類の電源を供給する補助電源には、5kVAの容量を備えるMH81B-DM44B交流発電機を採用するが、これはEF65形と同じ物を搭載している。
電動機などの冷却に使用する電動送風機は、MH91G-FK99を2基搭載する。内訳は、第1 - 第4電動機用が1基、第5・6電動機・ブレーキ抵抗器用が1基である。
集電装置は、直流電気機関車標準の菱枠パンタグラフであるPS17を装備した。後年には生産終了となっていたPS17の部品調達が難しくなったことから、PS22B下枠交差形パンタグラフへの換装が施工されたものがある。PS17の予備部品の在庫状況（PS22Bに載せ替えられて降ろされたPS17も再整備で備品となる）から必要に応じて行われるため、一気に全車に施工されるものではなく、また一度PS22Bに載せ替えられてから、再度PS17に載せ替えられたものも存在する。
運転台操作機器は従来機関車の標準仕様から大きく変更された。ノッチ板を廃し電車同様の操作性をもつ主幹制御器ハンドル、電気機関車で初めて「セルシン」と呼称するシンクロ変換器を採用した弱め界磁ハンドル、人間工学の思想に基づき視認性を配慮して一直線に配置された計器類などを装備する。
1968年（昭和43年）から1974年（昭和49年）にかけ55両が製作された。細部仕様の差異により1次車と2次車に区分される。
ＥＦ6611は1次車で1968年（昭和43年）から 1969年（昭和44年）までに20両（1 - 20号機）が製作された１両。100番台でJR移行後の貨物列車増発に対応するため製作された区分で、1989年（平成元年）から1991年（平成3年）にかけて川崎重工業で33両が製作された。性能や基本的な構造は0番台の最終増備車を踏襲したが、各部の仕様を変更している。
外観は大きく変更され、前面は正面窓を大型化し、上面が大きく傾斜した3面構成の意匠に変更され、灯火類は正面中位に前照灯・標識灯を横方向に配置する。正面窓にはウィンドウォッシャーが装備され、乗務員室には冷房装置が搭載された。外部塗色は車体上部が濃淡ブルーの組み合わせ、下部がライトグレー、乗務員室扉はカラシ色（黄土色）のJR貨物標準色である。
電動機・制御機器は新たな規制への対応や機器類の有害物質排除など細部に変更が見られる。電動機では、整流改善対策として基本番台2次形（21号機以降）からコンバインドシャント抵抗器が用いられていたが、誘導コイルの見直しなどにより整流改善がなされたため、撤去されている。機器類では従来用いられていた補助リレーの製造中止により代替品に変更、セレン整流器がダイオード化、アスベストの排除が行われるなど、時代に合わせた設計変更がされている。台車は、空気ばねの形状をダイヤフラム式に変更したFD133C・FD134Bを使用する。
制動面では基本番台に改造で取り付けられたコキ50000形250000番台コンテナ車による100km/h運転対応の減圧促進装置が当初から設けられている。また電磁ブレーキ指令装置は、編成増圧機能が省略され、単機増圧方式となり、従来の空気差圧感知式の電空帰還器から、ED79形電気機関車（50番台）同様のカム接点付きのブレーキ弁に変更されている。空気圧縮機は空気管などのドレンによる腐食を防止するため、除湿装置が追加されている。
集電装置はPS22B下枠交差形パンタグラフを当初から装備する。連結器は、10000系貨車を牽引する機会がほとんどないことから、基本番台の密着式自動連結器から一般的な並形自動連結器に変更され、スカートの1位と4位にはMRPが設置されている。
EF66 11は現在、埼玉県さいたま市大宮区 鉄道博物館にある。運転台上部のひさしが無い、パンタグラフがPS17であるなど、落成当時の状態を残している。
廃車後、2004年から2006年にかけて広島車両所公開イベントで展示されていたが、2007年5月21日に大宮まで回送され、展示のための整備を受けた上で鉄道博物館に収蔵された。展示にあたり、撤去されていた連結器の空気管の再設置やMRP管の撤去等、原型に復元する改造が施されている。