根据1993年12月在广州召开的“广深准高速铁路第三次科技攻关和建设工作会议”，为了满足广深线未电气化改造前牵引准高速旅客列车的需要，决定扩大东风11型机车的试制规模，再制造另外三台机车予广深线使用，戚墅堰机车车辆厂分别在1994年8月、10月、12月完成试制了东风11型0003、0004和0005号机车。1994年9月21日，东风11型机车开始在广深准高速铁路进行线路开通前的线路、信号、安全评估试验，完成对从法国引进的U—T多信息自动闭塞及分级速度监控设备（UM-71型轨道电路、TVM-300机车信号系统）的测试，至同年12月8日完成了历时79天的提速试验，试验中准高速列车最高时速达到174公里。1994年12月22日，经提速改造后的广深准高速铁路正式开通，首批5台东风11型机车均配属广州铁路集团广州机务段运用，担当牵引25Z型准高速旅客列车投入商业运行，初期每日开行2对广州东—深圳的准高速列车（准高1/2次、准高3/4次）。1995年3月28日起，东风11型机车并开始牵引广九直通车，全程运行时间从原来的2小时40分缩短到1小时59分。

1995年6月，基于广深准高速铁路提速改造的成功经验上，为即将实施的中国铁路第一次大面积提速进行技术准备，中国铁道部决定在沪宁铁路、京秦铁路、沈山铁路、京广铁路郑州至武昌区段等既有干线上进行大规模提速试验。1995年10月，铁道部在沪宁铁路组织进行中国铁路史上首次既有线提速试验，主要试验项目包括列车起动加速度、制动性能、机车车辆动力学性能及提速道岔等，东风11型0005号机车牵引10辆25B型双层客车、1辆发电车、2辆试验车共13辆编组时，最高速度为150公里/小时；当牵引5辆25Z型准高速客车、1辆发电车、2辆试验车共8辆编组时，最高试验速度达到173.5公里/小时。1995年11月，东风11型0005号机车在京秦铁路进行第二次提速试验，最高实验速度175.7公里/小时。

1996年4月1日，由东风11型机车牵引的中国第一列快速旅客列车“先行号”在沪宁铁路投入商业运行，南京和上海之间的单程运行时间缩短到3小时之内。1996年7月1日，北京铁路局在京秦铁路开行了“北戴河号”快速旅客列车，北京至北戴河的运行时间仅需2小时30分钟。同月，东风11型0019号机车又在沈山铁路进行了既有线提速实验，最高速度达到183.7公里/小时。以上提速试验为1997年4月展开的中国铁路第一次大提速奠定了技术基础，东风11型机车于1996年2月通过部级技术鉴定，1997年获国家科技进步一等奖。2002年4月1日，时任铁道部副部长刘志军视察戚墅堰机车车辆厂时，指出“没有戚墅堰工厂的东风11，就没有中国铁路的四次大提速”。

1998年，京沪铁路开展提速试验工作。6月1日凌晨5时30分，时任北京铁路局北京内燃段段长李锡春带领指导司机郭志忠、运用副主任刘光有等，驾驶东风11型0034、0036号两台机车牵引5503次试验列车自北京站开车，于当日16时30分正点到达蚌埠车站。次日晚22时，试验列车返回北京，实验中最高时速达到176公里，圆满完成相关测试任务。

通过部级技术鉴定后，戚墅堰机车车辆厂于1996年开始批量生产东风11型机车；同年3月，上海铁路局上海机务段配属了二台东风11型机车（0006、0007），担当牵引“先行号”快速旅客列车；同年6月，北京铁路局北京机务段配属了二台东风11型机车（0010、0011），担当牵引“北戴河号”快速旅客列车。此后广州铁路集团、上海铁路局、北京铁路局、沈阳铁路局、济南铁路局相继增配东风11型机车，成为牵引准高速旅客列车的主型大功率快速内燃机车。在1997年和1998年实施的中国铁路第一次及第二次大提速之中，京哈铁路和京沪铁路上的大部分特快列车均由东风11型机车担当牵引任务。

2000年开展的第三次大提速中，重点提速范围移至中西部地区，东风11型机车开始担当兰新铁路、京九铁路、以及陇海铁路郑州至徐州区段的旅客列车牵引任务，戚墅堰机车车辆厂并为乌鲁木齐铁路局、兰州铁路局提供了东风11型高原型机车，郑州铁路局、南昌铁路局也开始配属东风11型机车。2001年，中国铁路实施第四次大提速，东风11型机车承担了京九铁路、汉丹铁路的提速列车牵引任务。至2005年停产，戚墅堰机车车辆厂累计生产了459台东风11型柴油机车，均主要配属于北京铁路局、上海铁路局、广州铁路集团、乌鲁木齐铁路局、兰州铁路局、南昌铁路局、沈阳铁路局、武汉铁路局及郑州铁路局。

东风11型柴油机车采用低合金钢侧壁承载结构棚式车体，设双侧贯通式内走廊、双端司机室，司机室头部为25°倾角的适度流线型结构。机车车体从前到后依次为第一司机室、电气室、动力室、冷却室、辅助室和第二司机室。电气室内设有高低压电器柜、信号系统控制柜、微机控制柜、主整流柜、牵引电机通风机，卧式制动电阻柜设置于靠近动力室的顶部。动力室在机车中部，安装了一套柴油发电机组，以及起动发电机、励磁机、燃油输送泵、空气滤清器等辅助装置。冷却室内设有V型结构的散热器和冷却风扇，此外并设有牵引电机通风机、静液压变速箱、机油热交换器、空气压缩机等设备。辅助室内安装预热锅炉及其控制柜。车底两台转向架之间设有燃油箱、总风缸和蓄电池组。

机车装用一台16V280ZJA型柴油机，为16气缸、四冲程、废气涡轮增压的V型中速柴油机，是在东风8型机车装用的16V280ZJ型柴油机基础上改进设计而成的大功率柴油机，其装车功率比16V280ZJ型柴油机高300千瓦，燃油消耗率也有所降低。气缸直径280毫米，活塞行程285毫米，标定功率3860千瓦，装车功率3610千瓦，并采用了江津增压器厂引进瑞士ABB公司专利生产的高压比、高效率的VTC254-13型增压器和模件式脉冲转换增压系统（MPC）。空气滤清装置为两级滤清系统，分别为惯性滤清器和铝板网式滤清器。

东风11型机车采用交—直流电传动，装用一台额定功率3600千伏安的JF204C型他励三相交流同步发电机，和六台额定功率530千瓦的ZD106型串励直流牵引电动机（参见词条：ZD106直流牵引电动机）。柴油机通过弹性联轴节直接驱动一台三相交流同步牵引发电机，通过硅整流装置把牵引发电机发出的三相交流电整流为直流电，再将电能输送给两台转向架上的六台并联的直流串励牵引电动机，通过传动齿轮驱动车轮。机车标称功率3040千瓦，最高恒功速度为160公里/小时，最高运行速度为170公里/小时。东风11型机车单机牵引定额640吨的旅客列车（约12节车厢）时，在平直道上的最大平衡速度可达167公里/小时；牵引定额1100吨的大编组旅客列车（约20节）时，在平直道上的最大平衡速度可达143公里/小时。

机车采用基于英特尔80C186微处理器的微机控制系统，具有恒功励磁控制、防空转防滑行控制、故障诊断显示功能，能使机车在任何工况时处于最佳状态下恒功率运行，并具有全功率自负荷试验功能的电阻制动系统，以及电空制动系统、TVM-300机车信号系统、移频机车信号及轴承温度检侧等新技术。

机车走行部为两台准高速架悬式三轴转向架，是在东风9型机车基础上改进而来，机车轴式Co-Co。轴箱采用拉杆式定位，一系悬挂装置由轴箱拉杆、一系螺旋弹簧和垂向油压减振器组成；二系悬挂采用高柔圆弹簧及橡胶垫，车体与转向架之间并装有垂向减振器、横向减振器和抗蛇行减振器。牵引力和制动力通过转向架与车体底架间的低位平行四杆牵引机构传递。牵引电动机采用双侧六连杆轮对空心轴全悬挂安装方式，电动机与齿轮箱组成的传动部件的全部重量悬挂在转向架构架上，牵引电动机的扭矩通过空心轴和两端的六连杆联轴盘传递到轮对。考虑到牵引电动机全悬挂结构及线路不平顺度对准高速运行的影响，东风11型机车把东风9型机车的圆筒形空心轴改成锥度空心轴，增大车轴与空心轴之间的间隙，适应速度提高后车轴跳动量增大的需要，并调节了一、二系悬挂系统的刚度和阻尼，以确保机车准高速运行的可靠性。基础制动装置为双侧双闸瓦踏面制动，采用QB-2型独立作用式单元制动器。

在生产过程中，戚墅堰机车车辆厂也对东风11型机车进行了改进。早期的东风11型机车微机控制系统采用黑白显示屏，显示清晰度低，从1998年开始生产的机车改为采用大屏幕彩色液晶显示屏。东风11型机车原设计空气制动风源系统采用了二台供风量为1.6立方米/分钟的W-1.6/9型空气压缩机，但投入运营后发现提速客车的空气弹簧、塞拉门、集便器等车用设备大量使用压缩空气，使得空气压缩机长期处于工作状态，因而研制了供风量为2.4立方米/分钟的V-2.4/9型空气压缩机，从1999年开始使用。同时空气管路改用双管供风系统，一路供列车制动用风，另一路供客车设备用风，以确保列车制动用风的需要。由0367号机车起，改用标准化司机室。

由于中国铁路在2000年10月21日开展第三次大提速，兰新铁路特快旅客列车速度提升至最高140公里/小时。兰新铁路具有风沙大、高海拔、温差大、坡道大四大特点，戚墅堰机车车辆厂对配属乌鲁木齐铁路局、兰州铁路局的东风11型高原型机车作出了相应改进。机车安装完善的双侧进风空气滤清/滤沙装置，柴油机空气滤清器系统由2级滤清改为4级滤清，进风口增设了一道防沙网。但由于这些措施增加了进气阻力，故每个增压器改从机车两侧同时进气以加大进气面积，增加空气流量满足柴油机对进气量的要求。另外又修改了微机控制软件的柴油机海拔功率校正参数，以保护柴油机和涡轮增压器。由于兰新线长大坡道多，故加大了齿轮传动比，由76：29改至65：22，并加大了增压器的功率，机车最大起动牵引力从原来的245千牛提高到277千牛，提高了13.1%；持续牵引力从原来的160千牛提高到181.5千牛，提高了13.5%，但最高运行速度降至153公里/小时。

戚墅堰机车车辆厂曾在2001年至2003年提出研制东风11型准高速柴油机车的改进衍生产品，以满足不同的需要，分别有两种方案。但由于此后中国铁路发展方向的改变，这两项计划最终均被取消。

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”。

东风11AJ型（DF11AJ），戚墅堰厂内早期代号为东风11B型，曾被列入2002年铁道部科研计划，是中国国内惟一获铁道部批准立项研究的大功率交流传动客运内燃机车。机车以东风8CJ型和装车功率达6000马力的16V280ZJB型大功率柴油机为基础，采用交流传动、轮盘制动、牵引电动机全悬挂、交流辅助系统、流线型头型等技术，机车标称功率为4410千瓦，可在牵引20节客车定额1100吨的情况下最大时速达到160公里，满足繁忙干线旅客列车进一步扩编和提高旅行速度的需要。戚墅堰机车车辆厂于2003年1月完成了东风11AJ型机车的技术设计，并于同年2月通过了铁道部技术设计评审，3月中旬开始施工设计，但研制计划最终不了了之，仅试制了少量零部件。而东风11AJ型机车的流线型车体设计方案后来被东风11G型机车采用。

东风11C型（戚墅堰厂内早期代号）机车采用牵引电机全悬挂、径向转向架，计划将东风8B型7001号机车的径向转向架技术移植到东风11型的牵引电动机全悬挂转向架上，以满足曲线多且半径小的山区铁路列车提速的需求。

2016年，戚墅堰厂为肯尼亚蒙内铁路制造5台DF11型干线客运内燃机车，这五台机车采用与东风11G型内燃机车相同的头型。

2019年，吉林铁道职业技术学院向戚墅堰厂订购DF11-8001号机车用于教学，机车于同年5月6日落成。机车采用了东风11G型内燃机车的头型设计，最大运用时速158km/h。东风11教学型机车的顺利交付，开启了戚墅堰公司与高校合作的先河。

1996年7月21日下午，原北京铁路局北京内燃段（现北京机务段）东风11型0011号机车（该车现已转配沈局梅段），司机、副司机值乘2次快速旅客列车（车底为25型中短途双层座车）山海关至北京间交路，当运行至后封台站时主电路接地，烧损主接触器，造成机破，终止机务段连续203天无机破记录。

1997年8月28日1:36,东风11型机车(车号不明)牵引472次客车运行至京哈线大屯至范家屯间K674+789m处与东风4B 3312号机车牵引3512次货车发生追尾冲突,事故造成3312次货车机后36-44位货车脱轨,472次客车本务机车及机后2位宿营车脱轨.事故导致4人死亡(2旅客+2乘务员)9人受伤,机车中破1台,客车报废2辆,中破1辆-货车报废7辆;中断行车11h50min;事后调查表明:3512次货车机车乘务员疲劳驾驶,导致列车在上坡道因无人操作溜逸,后与472次客车追尾。

2004年6月18日晚上6时31分，南昌铁路局南昌机务段的东风11型0274号机车，牵引新乡开往深圳的1539次旅客列车经由京九铁路运行。当列车运行至湖北省境内团风至黄州之间，因湖北省东部降大暴雨，京九铁路下行线K1134+760～+780处左侧路堑边坡坍塌，导致上方一道泄洪槽倒塌并侵入铁路，砸到1539次列车的本务机车和机后一位发电车，列车因惯性驶出出事地点100米后停车，无人员伤亡。事故后列车于晚上11时05分在救援机车牵引下到达黄州站，更换机车和发电车后继续行程，于6月19日20时32分抵达深圳站，晚点9小时。东风11型0274号机车车头严重破损，后返回戚墅堰厂大修，于同年8月修复完毕。

2004年7月6日7:05,配属于郑州铁路局襄樊铁路分局襄樊北机务段的东风11型内燃机车牵引267次客车(机车车牌不明)运行至焦枝线荆门市东宝区子陵镇子陵村13组道口时与一辆违规横穿道口的东风EQ140型翻斗车发生猛烈碰撞,酿成东风翻斗车上2人死亡和列车机组人员4人受伤,机车损坏的惨剧,发生事故的铁路段当日已恢复通车,损坏机车事后已修复完毕。

2005年11月24日17:03上海铁路局杭州机务段东风11 0439号机车牵引К182次客车运行至沪杭线苋桥站时,机车信号显示双黄灯,机班错误认为进站信号为黄闪黄,盲目按8号键侧线通过,以91km/h的速度进站,进入道岔群无码区时对监控装置大解锁,在距出站信号767m处时,机车信号显示红黄灯,当司机听到监控装置语音提示信号突变后再次盲目使用解锁键,在距离出站信号383m时司机发现出站信号红灯,便紧急采取非常制动措施,但因停车不及列车冒进关闭的出站信号机45m后停车,构成险性事故。

2006年4月11日上午9时24分，南昌铁路局南昌机务段的东风11型0319号机车，牵引青岛开往广州东的T159次旅客列车，运行至广铁集团管内京九铁路下行线林寨至东水间，由于司机在信号故障的情况下违章对监控装置解锁行车并擅自编造调度命令，导致运行监控装置失去安全防护功能，令T159次列车没有在显示红灯的信号机前停车，并越过红灯在京九线K2066+858M处以48公里/小时的速度与前行刚刚起动、由武昌开往汕头的1017次旅客列车追尾相撞，造成1017次列车尾部1～3位车辆颠覆，尾部第4位车辆脱轨。事故致使京九铁路下行线中断近10小时，至当晚19时30分恢复通车，受伤的乘客被安排到就近的医院治疗，其余乘客则分别搭乘广州铁路集团临时抽调的70余辆大巴继续前往目的地。东风11型0319号机车大破，后返回戚墅堰厂大修。

2007年4月21日晚上9时30分左右，上海铁路局杭州机务段的东风11型0134号机车，牵引由包头开往宁波的K255次旅客列车经由萧甬铁路运行。当列车运行至萧甬线下行线K33+516处、绍兴境内高桥铁路平交道口时，一辆超载角钢的货车在高桥平交道抛锚，虽然道口员采取紧急措施拦停列车，且司机也施行紧急制动，但制动不及与货车相撞。事故没有造成人员伤亡，东风11型0134号机车返回戚墅堰厂整修后恢复运行。

2008年4月28日凌晨4时38分，配属北京铁路局北京机务段的韶山9型0182号机车，牵引由北京开往青岛四方的T195次列车经由胶济铁路运行，由于济南铁路局管理混乱，区段限速命令未有送达T195次列车，北京铁路局司机在未收到机车运行监控限速指令的情况下以正常速度131km/h行驶，但此时已超出线路实际限速80km/h超速行驶，当列车通过胶济铁路王村站后，超速运行至胶济线下行线王村至周村东间290公里800米处（处位编号K289+610）时，车尾第9～17位车辆突然发生脱轨并侵入上行线。凌晨4时41分，配属济南铁路局济南机务段的东风11型0400号机车，牵引由烟台开往徐州的5034次旅客列车运行至上述路段，在会车时与侵入限界的T195次列车第15～17位间发生冲突，致使5034次列车机车及机后1至5位车辆脱轨、颠覆，是为4·28胶济铁路特别重大交通事故。事故造成至少72人遇难，416人受伤（其中重伤70人，受伤旅客中有4名法国籍旅客）。中断胶济铁路上下行行车21小时22分，构成铁路交通特别重大事故。事故后东风11型0400号机车报废，而肇事的韶山9型0182号机车并未出轨或损坏。

2011年4月22日8:50,上局宁东段东风11 0022号机车牵引7162次客车由沛县沛屯站出发开往徐州;自北向南行至铜山县刘集镇棉布村西侧道口北侧约100m处时司机发现道路东侧停着一辆农用车,在鸣笛无效后立刻采取制动措施但还是因制动不及与农用车相撞致机车头部受损,农用车司机当场死亡,事后东风11 0022号机车被救援列车拖走返场修理并于同年修复完毕。

2014年5月12日清晨，沈阳铁路局沈阳机务段的东风11型0066号机车，牵引由齐齐哈尔开往北京的T40次旅客列车经由沈山铁路运行，当列车运行至葫芦岛市境内的塔山站附近时，机车车钩突然脱落导致机车与车厢分离，机车与车厢同时自动采取紧急制动，但后面脱离的列车由于惯性，继续低速向前行驶并与前面的机车发生轻微碰撞，构成客车分离一般C类事故。事故造成T40次列车终到晚点4小时05分。

2014年9月6日18:50,济南铁路局济南机务段东风11 0053号机车牵引80612次货车运行至辛泰线口头-北牟站间K45+383m有人看守铁路道口时与济南铁路局青岛线路服务公司一抢越道口的道口员相撞,造成该道口员当场死亡。