Строился с 1963 по 1971 год, выпущено 695 единиц. После экспериментов с регулированием напряжения ТЭД на первичной стороне трансформатора и тележками без рессор серийные ВЛ80 обрели конструкцию, в целом продолжающую традиции электровоза ВЛ60К. Однако многие узлы значительно отличаются от оных на ВЛ60К. Так, тяговые двигатели имели более выгодные характеристики, генератор тока управления ДК-405 был заменён на бесконтактный источник питания на основе трансформатора ТРПШ, а при отключении неисправной выпрямительной установки отключается также пара питаемых ею двигателей — на ВЛ60 они подключаются к другой ВУ и тяга электровоза сохраняется. Проход — вдоль левой стенки кузова, оставшееся пространство от поперечного прохода (расположен за кабиной секции) до межсекционного перехода (расположен в хвосте) отгорожено шторами и именуется высоковольтной камерой (ВВК).
На каждой секции электровоза ВЛ80К первых выпусков (до номера 380) установлены два мощных (40 кВт) центробежных вентилятора для охлаждения тяговых двигателей, которые забирают воздух через врезанные в правую стенку кузова жалюзи, и четыре маломощных высокооборотных (14 кВт, 2950 мин−1) осевых вентилятора ВЭ6-М2, каждый из которых засасывает воздух через установленные на крыше жалюзи и подаёт его в шкаф выпрямительной установки. Все вспомогательные машины, кроме МВ-2 (задней тележки), установлены внутри ВВК. Расположение оборудования в кабине и поперечном проходе (в частности, расположение воздухораспределителя тормозов и клапанов звуковых сигналов под потолком поперечного прохода) не изменились по сравнению с ВЛ60К.
С электровоза ВЛ80К−380 четыре осевых вентилятора заменены на два центробежных двухколёсных, которые забирают воздух не через крышу, а через боковые жалюзи, что повлекло весьма неудачную перекомпоновку. Для забора воздуха этими вентиляторами установлены дополнительные жалюзи как на правой, так и на левой стенке кузова, причём форкамеры (помещения между жалюзи и вентилятором) левых жалюзи оказались прямо в продольном проходе. В результате при переходе из кабины в кабину на ВЛ80К больших номеров приходится либо открывать и закрывать восемь дверей (две двери на каждую форкамеру, кабинные и межсекционные двери), либо держать эти двери открытыми. Это ухудшает вентиляцию — вместо фильтрации всего воздуха через жалюзи и создания избыточного давления в кузове воздух частично забирается из машинного помещения.
С 1970 года на ВЛ80К и на последующих сериях этих электровозов изменены буферные фонари. Вместо двух больших фонарей, которые могли давать как белый, так и красный свет, устанавливались два белых с меньшим диаметром, совмещённые в овалообразную секцию с красными буферными фонарями ещё меньшего диаметра.
