韶山9型電力機車是六軸幹線客運電力機車，是在韶山8型電力機車基礎上研制的系列化產品，同時吸收了韶山6B型電力機車的經驗，並克服了韶山8型技術上存在的問題，其高速動力學性能、牽引和制動性能均優於韶山8型機車，適用於長距離、長大坡道、大編組旅客列車的牽引需要[5]。不同於韶山8型機車采用的Bo-Bo軸式（4軸），韶山9型機車采用Co-Co軸列式（6軸），軸重為21噸，比韶山8型機車的軸重輕7.1%。韶山9型機車的最高運行速度與韶山8型相同，均為170公裏/小時，但韶山9型機車的持續功率為4800千瓦，起動加速時最大功率可達5400千瓦，持續牽引力為169千牛，電制動（輪周）功率為4000千瓦，分別比韶山8型機車的持續功率、持續牽引力和電制動功率高33.3%、34.1%、48.1%[5]。韶山9型機車克服了韶山8型在長大坡道牽引大編組列車功率不足的缺陷，可牽引18節客車在16‰、14‰、12‰、10‰的長大坡道上，分別以84公裏/小時、92公裏/小時、96公裏/小時、105公裏/小時的速度勻速上坡，提高列車的平均運營速度。 改進型同由賓尼法利納設計的Re460型電力機車
韶山9型改進型機車的設備布置、車體外觀有較大變化。改進型機車跟隨國際趨勢改用寬600毫米的貫通式中間走廊，放棄了中國“韶山”系列電力機車壹貫的雙側走廊設計；車內設備隨中間走廊斜對稱布置，以利於軸重分配；車頂蓋由原來的5個改為3個。屏櫃及各部件采用模塊化設計，包括1號矽整流櫃、2號矽整流櫃、1號高壓櫃、2 號高壓櫃、2號牽引通風機組、 3號牽引通風機組，以便於部件維護和更換。同時，牽引變壓器由殼式變壓器改為芯式臥放變壓器，懸掛在車體底架以下，降低了機車的重心高度[6]。
同時，株洲電力機車廠也邀請了意大利著名汽車設計公司賓尼法利納（Pininfarina），參與對改進型機車車體外形的流線型優化設計，采用圓弧微流線頭型外觀造型。由於賓尼法利納也是瑞士聯邦鐵路Re 460型電力機車車體的造型設計單位，因此這兩種機車的外觀也相當類似。改進型機車並改用獨立通風系統，采用側墻夾層進風道，因應冷卻對象不同而分為四大通風支路[3]。每條通風支路均有自己獨立的進、出風風道，有助減低車內負壓，改善機車防塵效果及防寒性能。機車采用了標準化司機室，可滿足單司機值乘條件下司機在司機室內完成部分設備的轉換和隔離。