2012年，大同电力机车有限责任公司（下称“同车公司”）与原铁道部签订了《机车车辆关键技术自主创新深化研究—160 km/h 交流传动电力机车关键技术研究》科技开发研究合同，产品被命名为 HXD2D 型电力机车。该机车是以HXD2B、HXD2C 型机车设计平台为基础而设计的交流传动电力机车，主要用于铁路干线的旅客运输。

2013年9月完成了样车试制。2016年在北京铁科院进行了整车型式试验。

HXD2D 型交流传动客运电力机车是在基于“同车公司 HXD2 系列机车技术”平台基础上,遵循“继承性、成熟性、自主性、可靠性”原则，保留HXD2系列机车的模块化设计、以维修为导向的设计、国际先进的标准体系等优势为铁路客运干线而研制的功率 7 200 kW、轴式 Co-Co的交流客运电力机车。机车采用大功率异步牵引电机、卧式牵引变压器、IGBT 元件组成的水冷变流器、单轴控制、微机网络控制系统、电子控制的制动系统、全悬挂转向架、独立通风冷却、轮盘制动等技术。机车主要结构与部件采用成熟的在 HXD2、HXD2B、HXD2C型电力机车上运用的技术。

该车仅试制一台，并未获批量产。

试验数据表明，永磁电机版的HXD2D机车的能耗较传统机车降低约4.5%，按照现有机车运量计算，每年节约电能至少22万度，每台机车每年减少二氧化碳排放量超过200吨，绿色经济效益优势显著。此外，机车的涂装也进行了改版，涂装以绿、白色为主。该机车同样也只有样车，并无投入正式运用。