东风11Z型内燃机车是双节组合式准高速专运内燃机车。为满足铁路专运及特殊客运列车牵引任务的需要，中国铁道部于2001年5月决定在具有较高运用可靠性的提速主型客运内燃机车——东风11型内燃机车的基础上研制东风11Z型专运内燃机车，以替代1970年代从联邦德国（西德）进口的NY6型液力传动内燃机车，车型代号DF11Z，其中“Z”代表“专用”。2001年8月下达机车设计任务书，戚墅堰机车车辆厂根据设计任务书要求，以可靠性为首要，尽量采用东风11型机车的成熟技术与部件，部分关键部件采用进口部件。2002年4月1日，首组东风11Z型机车在江苏常州戚墅堰机车车辆厂下线，当日时任铁道部副部长刘志军、江苏省副省长吴瑞林出席了下线仪式。2002年5月，首组机车交付北京铁路局进行运用考核。由于初期东风11Z型机车某些部件可靠性尚无法超过NY6型内燃机车，机车在早期仅执行一般客运任务，少数情况下执行专运任务。东风11Z型内燃机车在2002年共生产了4组，每组车分A/B两节重联，每组造价达3200万元人民币，全部配属铁道部专运处，平日由北京机务段维护。