HXD2F于2013年5月完成设计，同年10月16日第一台机车下线，2014年完成了两台样车（车号为 0001、0002）的试制、例行试验和形式试验。2015年，HXD2F型0001号机车和0002号机车在山西中南部铁路通道瓦日线进行运用考核。

HXD2F型电力机车由双节机车连挂组成，两节机车的结构基本相同，每节机车具有单端司机室。两节机车司机室结构及设备布置完全相同，采用双司机座椅单司机值乘方案，司机室内设有司机室空调、暖风机、电风扇、微波炉、热水壶、多功能座椅等生活设备。

此外，为了解决雾霾天气给铁路运行带来的影响，大同厂成功开发出两种防雾闪方案，能够保证机车在雾霾天气中安全运用。另外机车还增强了在沙尘、冻雨、高寒和高温等气候条件下运行的稳定性和实用性。