EF64 0番台はEF62/EF63をベースとした勾配線区用の標準電気機関車として登場しました。急勾配で安定したブレーキ力を得られる発電ブレーキを備え、そのために側面フィルターが大形化されています。1次形は客貨両用として電気暖房を装備しています。試作および1次形は福島～山形間(当時は直流電化)に投入され、以後の量産機は主に中央本線・篠ノ井線へと投入され活躍しました。また、2次形は客貨両方の運転を担当した1次形と異なり、貨物用として製造されたため電気暖房装備を備えておらず、電暖表示灯やスカート部の電暖ジャンパ栓が無い外観が特徴です。単機のほか重連による貨物列車牽引も見られました。
1000番代は、上越線に投入されました。0番代車とは異なり長い車体が特徴です。