為實現專運內燃機車的更新換代，2001年5月鐵道部給戚墅堰廠下達了在東風11型準高速客運內燃機車的基礎上，研制東風11Z型專運內燃機車的任務。6月15日通過了鐵道部運輸局裝備部主持的機車方案設計評審，又於7月19日通過機車技術設計評審，並於8月16日下達機車設計任務書。戚廠根據設計任務書的各項要求，將可靠性放在首位，同時盡量采用東風11型機車的成熟技術和成熟部件，關鍵部件采用進口部件，於2001年10月中旬完成施工設計，10月開始生產，12月至2002年2月間完成總裝，2月-3月間完成水阻、廠線、正線運行等常規實驗，3月底機車通過驗收，交付北京鐵路局運用考核。
機車由兩節機車重聯牽引。每節機車只設壹個司機室，取消機車II端的的司機室而改為輔助室。兩節機車間設有通過臺，並在兩節機車對接處采用膠囊式密封風擋連接。
至2003年3月，三組專運機車全部交付使用。2006年5月24日，戚墅堰廠研制生產的DF11Z型專運內燃機車通過由南車集團組織的科技成果審定。目前DF11Z型機車，***計5組，車號0001A、B~0005A、B。
因研發初期，其某些部件可靠性尚無法超過專運處原有的德制NY6機車，該車在配屬運用單位的早期僅遂行壹般客運任務，少數情況下遂行專運任務。現因DF11Z0001-0004機車均已完成試軸裏程，全部四組DF11Z機車已經可以正式遂行專運任務。DF11Z0005於2015年出廠，現在仍在環鐵。
目前DF11Z機車運行在北京-秦皇島線路上。Y509次旅遊列車，或T5687次特快列車（二者必有壹列本務是它）
機車配屬：中國鐵路總公司專運處 機車總體布置分為上、下兩部分。上部車體由5道間壁將車體分隔成6個室，從前到後依次為司機室、電氣室、電機室、動力室、冷卻室、輔助室；下部兩端為轉向架，車架下部中央吊裝著燃油箱，燃油箱兩側裝有蓄電池組，燃油箱前後端裝有總風缸。
司機室內裝飾參照新曙光號內燃動車司機室設計。操縱臺上安置了全部駕駛和信息控制設備。左側為正司機操作臺，右側為副司機操作臺，正司機側布置有自動制動閥、控制手柄、換向手柄、控制開關、按鈕、微機顯示屏、速度監控裝置顯示儀等設備。各開關、控制手柄按照專運機車要求布置。前窗采用電熱防彈玻璃。前窗下部設有刮雨器（帶有玻璃洗滌裝置）以及標誌燈。側窗采用鋁合金框，上下移動結構。兩側窗下部設有電取暖器。司機室兩側設有直通車外的門，後間壁左右兩側設有通向車體各室的內門，間壁內安裝有緊急制動閥、滅火裝置、空調控制盒等設施，間壁上下還裝有空調和電暖器，以調節室內的溫度。室內四周壁充填高阻尼吸聲材料，外覆裝飾板，使其形成壹個隔聲、隔熱的密封空間，以保證司機室內噪音符合GB3450-1982規定的要求。頂部設有天花板，其上有照明燈和電風扇。
電氣室左側設低壓電器櫃，右側設置高壓電器櫃，前車頂間壁左側設有空調電源。
電機室前部左側設有主矽整流櫃，下方設供整流櫃、牽引發電機冷卻的通風機；前部右側設微機櫃，下方設供前轉向架牽引電動機冷卻以及高低壓電器櫃正壓通風的通風機。後部設有前變速箱、起動發電機、感應子勵磁機、測速發電機以及勵磁整流櫃。前變速箱上方設有2個電阻制動裝置。前間壁中部設有進入電氣室的活動門。
動力室設有柴油發電機組。柴油機發電機組左側設有兩組燃油輸送泵、燃油粗濾器，右側設有燃油預熱器、輔助燃油泵等。再騎左右兩側壁上設有增壓空氣濾清器和車體通風機。後間壁上為膨脹水箱、下部為測量儀表。
冷卻室上部為V形的冷卻裝置，裝有48組雙流道銅散熱器、夾角內裝2臺冷卻風扇。V形架底部設有2臺靜液壓系統用的油-空氣散熱器。室內中間從前往後依次為後變速箱、供後轉向架牽引電動機冷卻的通風機、空氣壓縮機-電機組。其左側上部設有機油熱交換器、右側設有化纖機油濾清器、起動機油泵。前間壁V形架下部兩側各設壹只靜液壓傳動油箱。後間壁下部設有復軌器。
輔助室內設有預熱鍋爐、輔助柴油發電機組。輔助柴油發電機組上方設有生活櫃，櫃內設有冰櫃、微波爐、預熱鍋爐控制箱以及工具箱。前間壁右側上部設有空氣幹燥器，右側下部設有制動閥類安裝櫃。後間壁左側設有通向車頂的扶梯。右側設有整流電源。在左後角上設有電熱開水器。在右後角上設有手制動裝置，其上設有掛衣櫃。 機車裝用16V280ZJA型柴油機，16缸，V型排列，50度夾角，缸徑為280mm，活塞行程為285mm，四沖程，直接噴射式，開放燃燒室，廢氣渦輪增壓，增壓空氣中間冷卻高增壓的大功率柴油機。標定功率3860KW，標定轉速1000r/min，在標定工況下的燃油消耗率為208g/(kWh)，最大運用功率為3610kW。機體采用QT500-7球墨鑄鐵整體鑄造；曲軸采用42CrMo合金鋼鍛坯，全纖維擠壓成形；采用鋼頂鋁裙組合活塞、機油振蕩冷卻方式；並列連桿為42CrMo合金鋼；濕式汽缸套，由硼合金鑄鐵澆鑄。汽缸蓋采用4個螺栓緊固結構。采用高噴射壓力的單體式噴油泵、多孔閉式噴油器和美國Woodward進口的PGEV調速器。齒輪傳動機構用於驅動凸輪軸、高溫水泵、中冷水泵、機油泵、調速器、超速停車裝置和柴油機轉速表的部件。左右兩根凸輪軸分別驅動左右兩排氣缸的進、排氣門和單體式噴油泵。
柴油機與牽引發電機的外殼通過連接箱連成壹體。曲軸輸出端法蘭與聯軸節用螺栓連接，聯軸節再帶動同步發電機轉子軸。牽引發電機輸出軸通過萬向軸帶動前變速箱；柴油機自由端曲軸齒輪和卷簧減振器與曲軸連接。柴油機自由端曲軸通過橡膠彈性聯軸節和萬向軸帶動後變速箱。
柴油機采用VTC254-13型渦輪增壓器，是從瑞士ABB公司進口。采用內置式軸承結構，壓氣機為單級離心式，渦輪為單級軸流式，允許工作轉速達到28260r/min。采用管片銅中冷器。 空氣制動系統，采用單端操縱的JZ-7型空氣制動機。除沒有電空制動功能外，其余與東風11G型機車相同。風源系統采用德國克諾爾公司的W450-4型空氣壓縮機1臺及LTZ3.2H型空氣幹燥器。