机车采用IGBT水冷牵引变流器，交流电机矢量控制，采用单轴独立控制驱动方式,采用网络控制技术、CCBI制动系统。

HXD3型电力机车研制与生产分两个阶段:

第一阶段——技术引进消化吸收阶段。2004~2006年，在原铁道部主导下，以大连公司为主体引进消化吸收日本东芝公司先进的交流传动电力机车制造技术。此阶段新型交流传动电力机车的制造按三步进行：第一步从东芝公司整车进口4台机车(车号为0001~0004)；第二步为散件进口国内组装12台机车(车号为0005~0016)，由东芝公司提供核心散件，大连公司负责车体、转向架等系统的制造以及机车整车的总成；第三步为国内制造44台机车(车号为0017~0060)。首台进口机车于2006年7月下线，首台散件机车于同年12月交付使用。

第二阶段——扩大生产阶段。2006~2012年，为满足铁路运输生产对时速120km电力机车的需求，在大连公司、二七机车车辆厂（下称“二七厂”）以及大同机车公司（下称“大同公司”）之间，完全按照当前HXD3型电力机车图纸，共享大连公司引进的技术，进行扩大生产。该阶段共计生产1030台机车，其中大连公司生产880台，二七厂组装生产213台，大同公司生产 150台。

HXD3机车的车头造型及涂装的特点，被火车迷昵称为：“电猴子”。