Строился с 1963 по 1971 год, выпущено 695 ед. 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 отличались от оных на ВЛ60К — тяговые двигатели имели более выгодные характеристики, генератор тока управления ДК-405 был заменён на бесконтактный источник питания на основе трансформатора ТРПШ. 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).
Каждая секция электровоза ВЛ80К первых выпусков (до номера 380) имеет 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) ВЭ6-М2 осевых вентилятора, каждый из которых засасывает воздух через установленные на крыше жалюзи и подаёт его в шкаф выпрямительной установки (шкафов ВУК также четыре на секцию). 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), либо держать эти двери открытыми, что негативно сказывается на качестве вентиляции.