1957年秋季，大连机车车辆工厂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，开始在苏联专家组的技术协助下参考当时苏联铁路干线主力内燃机车车型——TE3型内燃机车的设计图纸进行内燃机车的前期设计工作（苏联承诺在1959年之前提供TE3型内燃机车的以及配套的柴油机组的全套图纸）。1958年2月，国家科学技术委员会、第一机械工业部和铁道部等有关部委共同向大连机车车辆工厂正式下达了以苏联TE3型内燃机车为参考母型的双节重联4000马力干线内燃机车（两台内燃机车）的试制技术任务书，要求在1959年9月完成设计，1960年底前完成试制。
为了保证新内燃机车能在国庆节前试制成功、为国庆献礼。1958年6月18日，旅大（旅大市，新中国曾经存在过的直辖市，1981年2月改称大连市）市委工业部召开有关单位负责人会议，研究开展全市大协作以保证大连机车车辆工厂提前完成内燃机车试制。
1958年9月26日，被命名为巨龙型的双节重联4000马力干线内燃机车在大连机车车辆工厂举行隆重的出厂典礼，成为中国第一种电力传动干线货运内燃机车。两辆内燃机车分别被命名为“巨龙0001”和“巨龙0002”。
1958年9月26日下午，巨龙型的双节重联4000马力干线内燃机车在沈大铁路进行第一次试运行，在沙河口至金州之间往返运行共60余公里。经过运行试验后的检查鉴定，显示机车的主要部分包括柴油机、发电机、走行部、辅助系统、燃料系统、润滑油系统等的情况良好。唯有在测试中发现机车动力不足，最高运行速度每小时只有50公里，这个速度只有设计时速的一半，需要进行后续修改。
1959年国庆节期间，巨龙型机车与戚墅堰机车车辆工厂试制的先行型内燃机车、青岛四方机车车辆厂试制的卫星型内燃机车、株洲机车车辆工厂试制的韶山型内燃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。
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。试验取得了圆满的成功，经过大量技术改进和国产化标准化的巨龙型内燃机车终于在重载牵引的条件下跑出了85公里的时速。
巨龙型内燃机车只试制了这两台就戛然而止。虽然没能批量生产，但为大连机车车辆工厂后续研制ND型内燃机车（后改称东风型）打下了坚实的基础，积累了宝贵的经验、锻炼出了一支合格的设计和制造队伍。
1972年，两台巨龙型内燃机车在北京铁路局北京内燃机务段默默的服役了12年后双双退出干线运营，车体后经铁道部批准转配吉林铁路局吉林水电段，改装成装机容量1000瓦的流动发电车作为铁路备用发电设施，1988年转配哈尔滨铁路局伊图里河铁路分局伊图里河水电段，至2000年代初彻底报废并分别在2007年和2017年拆毁。