早期型韶山9型机车车体采用侧壁承载式全钢焊接结构，并对车体、变压器油箱、转向架及其他电气部件进行了轻量化设计，使其达到轴重21吨的要求 。总体布置沿用双侧走廊、两端司机室，全车共分七个间隔室，中间为变压器室、然后向两侧依次为l、II端高压室，I、II端辅助室，I、II端司机室。主要电器设备以机车最重设备主变压器为中央，其他设备分平面斜对称布置为主，有利于重量平衡。两端司机室之后车顶各安装一台TSG3-630/25型或DSA200型单臂式受电弓；车顶中部装一台主断路器。此外，机车头型设计突破了传统的以平面为主的多棱角外形设计，司机室正面为倾斜角达68.85°的倾斜平面，机车外形全部采用圆弧过渡。机车采用车体自然通风方式，冷风通过机车侧墙过滤器百叶窗进入车内。制动系统采用DK-1型电控空气制动机。改进型韶山9型改进型机车的设备布置、车体外观有较大变化。改进型机车跟随国际趋势改用宽600毫米的贯通式中间走廊，放弃了中国“韶山”系列电力机车一贯的双侧走廊设计；车内设备随中间走廊斜对称布置，以利于轴重分配；车顶盖由原来的5个改为3个。屏柜及各部件采用模块化设计，包括1号硅整流柜、2号硅整流柜、1号高压柜、2 号高压柜、2号牵引通风机组、 3号牵引通风机组，以便于部件维护和更换。同时，牵引变压器由壳式变压器改为芯式卧放变压器，悬挂在车体底架以下，降低了机车的重心高度。 同时，株洲电力机车厂也邀请了意大利著名汽车设计公司宾尼法利纳（Pininfarina），参与对改进型机车车体外形的流线型优化设计，采用圆弧微流线头型外观造型。由于宾尼法利纳也是瑞士联邦铁路Re460型电力机车车体的造型设计单位，因此这两种机车的外观也相当类似。改进型机车并改用独立通风系统，采用侧墙夹层进风道，因应冷却对象不同而分为四大通风支路 。每条通风支路均有自己独立的进、出风风道，有助减低车内负压，改善机车防尘效果及防寒性能。机车采用了标准化司机室，可满足单司机值乘条件下司机在司机室内完成部分设备的转换和隔离。 主电路韶山9型电力机车是交—直流电传动的单相工频交流电力机车。早期型机车安装一台TBQ12-8668/25型主变压器，该型变压器采用一体化结构，与平波电抗器、列车供电滤波电抗器合并安装并共用冷却系统，冷却方式为强迫油循环导向风冷冷却。改进型机车安装一台TBQ19-8668/25型卧式结构主变压器，安装在车体底架之下。机车主电路采用由大功率晶闸管和二极管组成的不等分三段半控桥相控整流电路，整流桥采取先大桥后小桥的顺控方式，其中一段半控桥占二分之一的整流电压用于低速区，另外两段半控桥占另外二分之一的整流电压用于高速区，以提高高速区的功率因数。每台机车设有两组相同的整流装置，向转向架独立供电方式，同一台转向架上的三台牵引电动机并联连接。为扩大机车恒功速度范围，机车可采用晶闸管分路进行无级磁场削弱。改进型机车安装由株洲南车时代电气研制的TGZ29（0044～0111号机车）、TGZ29A（0112～0213号机车）型整流柜。此外，机车并设有加馈电阻制动，使机车在低速区可以有较大的制动力，实现机车全过程无级调速 。每台机车装有六台牵引电动机，分别安装在两台转向架上。机车采用ZD115型直流牵引电动机，是采用全叠片焊接机座机构、带有补偿绕组的六极串励直流电动机，持续功率800千瓦，短时最大功率900千瓦，绝缘等级为全H级，冷却方式为强迫风冷。辅助电路早期型机车采用旋转式劈相机为辅助电路供电，将主变压器辅助绕组供应单相交流电转换成三相交流电，车内许多设备如变压器、整流装置、牵引电动机、制动电阻柜等装置的通风冷却，以及空气压缩机的驱动均采用三相交流电动机，电压制式为380伏特三相交流电。而改进型机车的辅助供电电源参考了韶山7E型电力机车的方式，既可以选用静止式辅助变流器供电，也可以采用传统的劈相机系统供电；其中0044、0045号机车采用了辅助变流器，而从0046号机车开始又恢复采用劈相机。韶山9型电力机车并设有列车供电功能，每台装备了二套完全独立的列车供电系统，输出电压为600伏特直流电，功率为2×400千瓦，采用机车集中整流、客车分散逆变的供电方式，向旅客列车提供空调、采暖、茶炉、照明等供电电源 。早期型机车采用分散式列车供电装置，列车供电系统各元件分布在机车各电器柜中，不利于系统的检修和维护。而改进型机车改为采用集中式列车供电柜，集中安装整流装置及其控制系统 。0044、0045号机车是最早安装列车供电柜的改进型机车，而此后的0046～0111号机车在出厂时虽预留了列车供电柜位置但未安装，0112～0125号机车安装了ZS380B（TGF7A）型的供电柜，0126～0154号机车安装了ZS380C（TGF7A）型供电柜，从2006年生产的0155号机车开始安装了经过改良的TGF28型供电柜。随着25G型直供电客车的迅速普及，所有未安装供电柜的韶山9型电力机车于2009年完成改造，恢复列车供电功能。2015年，沈阳铁路局的部分韶山9型机车供电制式改为AC380V，首台接受改造的是0006号机车。 机车走行部为两台架悬式三轴转向架，构架采用“目”字形箱形梁焊接结构，轴箱采用双拉杆式定位。一系悬挂装置由螺旋圆弹簧、橡胶垫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双侧平行拉杆牵引机构传递，与韶山6B型机车相同。韶山9型机车的驱动装置与韶山8型机车相同，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，大幅减轻了转向架簧下重量及减小轮轨作用力。基础制动装置与韶山6B型机车相同，采用单元式单侧双闸瓦制动器；每台转向架上设有一个停车蓄能制动装置。 韶山9型机车是采用微机控制的电力机车之一，沈阳铁路局的部分韶山9型机车在配属初期，曾经常发生系统死机问题，导致整辆机车无法启动，尤以冬天最为严重，影响列车车次的正点率。及后有关方面为在中国东北地区的韶山9型机车微机柜内加装加热器，使其微机系统在严寒环境下仍能保持稳定，大大减低微机故障率。
SS9型电力机车，以成熟的韶山型系列电力机车技术为基础，采用了许多国际客运机车先进技术，是我国干线铁路牵引旅客列车功率最大的机车。机车主电路采用三段不等分半控桥整流电路，三台电机并联，无级磁场削弱及加馈电阻制动，实现了机车全过程的无级调速。机车内装有8668kVA大容量主变压器，实现了六轴电力机车主变压器与平波电抗器及滤波电抗器的一体化。机车具有向列车供电能力，供电电压DC600V、容量为2×400kW。机车采用了轮对空心轴六连杆弹性传动机构和牵引电机架承式全悬挂三轴转向架，并装有全叠片机座机构的900kW脉流牵引电动机；一、二系悬挂系统及基础制动系统等结构设计合理，能满足170km/h运用的要求，动力学性能良好。机车进行了外形气动力学优化设计及轻量化设计，采用侧壁承载式全钢焊接结构的车体及各部件轻量化设计，满足了机车轴重21吨的要求；机车司机室应用了人机工程学原理设计，采用全包结构装饰环境优雅、操纵方便。外观为圆弧微流线头型的造型。机车采用恒流准恒速的特性控制方式，能较好地发挥机车最大起动牵引力，机车装有防空转/滑行保护系统、轴重转移补偿控制、轮轨自动润滑系统、列车安全监控装置。采用LCU逻辑控制单元及微机控制系统，使机车控制系统具有控制、诊断、监测功能。转向架采用轮对空心轴电机全悬挂，减小了簧下重量。通过单边直齿传动装置，将电动机的转矩变为轮牵引力，由低位平拉杆传至车体，提高机车的牵引力。可牵引18节客车在16‰、14‰、12‰、10‰ 的长大坡道上，分别以84km/h、92km/h、96km/h、105km/h的速度匀速上坡，大大的提高了平均运营速度。机车功率持续4800kW，最大速度170km/h，车长22216mm，轴式Co-Co，电流制为单相工频交流。其相关技术参数如下： 机车整备质量/t 长度/m 宽度/m 高度/m 最大功率/kw 最大牵引力/kN 最大速度/km/h 126 22.2 3.1 4.7 4800 286 170
华氏轮式0-6-6-0UIC轴式Co'Co'轨距1,435毫米轮径1200毫米（半磨耗）轴重21吨通过最小曲线半径125米机车长度21,000毫米（车底架长度）22,216毫米（车钩中心距） 机车宽度3,100毫米机车高度4,132毫米（车顶受电弓座至轨面）整备重量126吨受流电压单相交流 25 kV/50 Hz传动方式交—直流电牵引电动机ZD115 × 6最高速度170公里/小时（营运）190公里/小时（试验） 持续速度99公里/小时牵引功率4,800千瓦（持续）5,400千瓦（最大） 牵引力286千牛（起动）169千牛（持续） 制动方式踏面制动、加馈电阻制动制动功率4,000千瓦（电制动）制动力180 kN（15～80 km/h）列车制动电控空气制动
研制1998年初，根据中华人民共和国铁道部科技教育司《科教装【1998】06号》“关于下达SS9型客运电力机车设计任务书的通知”文件，以及铁道部科技研究开发项目合同的要求，中国铁路机车车辆工业总公司株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所开始在韶山8型电力机车的基础上，研制一种用于牵引时速160公里/小时准高速旅客列车的干线客运用六轴电力机车，研制目的是加大机车功率、提高牵引力，以满足在较大坡度线路上的大编组旅客列车的提速需要 。新机车被定型为韶山9型，代号SS9。试验1998年12月26日，首两台韶山9型电力机车（0001、0002）在株洲电力机车厂竣工。在机车各主要部件如主变压器、高压电器柜、低压电器柜、硅整流装置、微机控制装置等均分别完成了型式试验后，两台机车先后分别于1999年1月和3月赴郑州铁路局郑州机务南段进行运行考核 。在运行考核期间，两台机车主要由京武快车队负责运用，承担京广铁路北京西至武昌（汉口）段的快速旅客列车长交路牵引任务。至1999年7月底，两台机车共完成30万公里的运行考核。1999年7月31日至10月21日，两台机车在北京的中国铁道科学研究院环行铁道试验基地进行了整车型式试验，试验包括机车称重、受电弓、内部及外部过电压、功率因数、谐波、牵引性能和制动性能等方面的试验。 1999年11月1日至11月22日，韶山9型电力机车在郑州铁路局管内的京广铁路郑州至广水区间往返进行动力学评估试验，0001、0002号机车分别担任被试机车及陪试机车，期间机车最高试验速度达到190公里/小时。全部的型式试验工作于1999年12月结束，在2000年3月7日通过了铁道部科技成果鉴定。在完成动力学性能试验后，0001号机车于1999年12月至2000年5月间，在北京环行铁道进行的货物列车直线脱轨试验、秦沈客运专线通信信号设备、TMIS车载识别系统试验等多项部级科技试验项目中担任了牵引机车。1999年9月和2000年4月，该台机车又分别两次在陇海铁路郑州至天水区间担当了陇海线提速试验的牵引机车，其最高试验速度达到了150公里/小时。 运用为了尽快满足哈大铁路全线于2001年8月完成电气化改造后对客运电力机车的需求，株洲电力机车厂于2001年开始批量生产韶山9型电力机车，至2002年5月间共制造了43台（0001～0043），并全部交付沈阳铁路局沈阳机务段运用。直到2007年4月，为满足中国铁路第六次大提速的需要，部分早期型的韶山9型电力机车转配属上海铁路局上海机务段，投入京沪铁路和沪昆铁路使用。这批早期生产的韶山9型机车均采用青绿色的车身涂装，中国的铁路爱好者对其昵称为“青蛙”。 研制2002年，中国铁道部向株洲电力机车厂下达了《SS9型电力机车改进设计任务书》，要求株洲电力机车厂在早期生产的韶山9型电力机车的基础上，针对首批机车存在的问题进行改进，按照“模块化、标准化、系列化”的原则，对机车的设备布置、通风系统、车体钢结构等进行重大设计改进。改进型机车是在原韶山9型电力机车的主要技术参数和牵引制动特性不变的基础上，开发一种新型的机车设备布置设计平台，主要特点包括：采用独立通风系统、中央贯通走廊、屏柜化设备布置方式、标准化司机室、卧式主变压器、以及流线型车体外观等。中国铁道部并没对改进型机车给予新型号，但中国铁路爱好者普遍称改进型机车为“韶山9G型”或“SS9G”。运用首台改进型机车（0044）于2002年6月在株洲电力机车厂落成 。同年，开始批量生产改进型机车，首批机车配属沈阳机务段。2003年4月，北京铁路局北京西机务段、广州铁路集团长沙机务段及广州机务段亦开始配属韶山9型电力机车，在京秦铁路、京广铁路投入运用。2003年10月，秦沈客运专线正式开通运营，在该线上使用的韶山9型电力机车均加装了TVM430车载超速防护设备。此外，韶山9型电力机车也参与了中国铁路第五次大提速的提速牵引试验，为开行点对点直达特快列车作好技术准备。2003年12月，韶山9型电力机车完成了北京至哈尔滨、北京至长沙的长距离不停站牵引试验，试验列车编组19辆，期间最高试验速度达到173.1公里/小时。2004年，韶山9型电力机车被中国铁道部确定为中国铁路第五次大提速的主型机车之一，承担其中7对直达旅客列车牵引任务，武昌南机务段开始配属韶山9型机车。2006年，随着京沪铁路、沪昆铁路两条干线的电气化改造先后完工，上海铁路局上海机务段、济南铁路局济南机务段、南昌铁路局南昌机务段也配属了韶山9型电力机车。至2006年停产，株洲电力机车厂累计生产了170台韶山9型改进型电力机车（0044～0213） 。改进型机车均采用红白色涂装；其中0045号机车出厂时曾采用蓝白色涂装，并参加了2003年初举行的铁道部新造机车质量展示会，展示会结束后又恢复红白色涂装。韶山9型改进型机车常被中国的铁路爱好者昵称为“烧酒”，源于韶山9型简称为“韶九”，与“烧酒”谐音。
