キハ17系の老朽化が深刻となったことから、これらを置き換えるための新型気動車の開発が必要となっていました。また、1975年に山陽新幹線が博多開業を迎えることから、北九州地区の新幹線連絡輸送のための車両が要望されました。このため、国鉄は一般形気動車のキハ66系を開発し、北九州地区に投入しました。
キハ66系は先に登場したキハ65に採用されていたDML30HSEディーゼル機関を改良したDML30HSHを搭載しています。このDML30HSHはガスケット吹き抜け防止対策を行った結果、機関本体長が長くなった他、最高速度が95km/hであることを考慮して連続定格出力を440PSに落としています。機関冷却装置として放熱器が屋根上に取り付けられています。液体変速機はキハ65で採用されているDW4を湿式多板クラッチとしています。台車は大出力機関から発生するトルクを有効利用するため2軸駆動方式としていますが、推進軸を通すために仮想心皿方式をやめ、全側受支持方式に変更しています。
車体はキハ45系と同様、両開き扉が2箇所設けられ、車体側面には行先方向幕が設置されました。運転席は踏切事故対策としてキハ65より高い位置に設けられています。座席は出入り口付近のみロングシートとなっている他は全て転換クロスシートとなっています。キハ66系は新製当初から冷房装置が搭載されており、113系などに使用されているAU75集中式冷房装置が取り付けられました。この冷房装置の電源はキハ67に設置された発電機より供給されます。なお、便所はキハ66に設置されています。
国鉄の分割民営化後、JR九州はキハ66系の機関をDMF13HZA (450PS)、液体変速機をDW14Hに取り替える工事を実施しました。機関が小型化されたため屋根上に設置されていた放熱器は全て撤去されました。
キハ66系は今までの気動車の常識を覆し、電車と同様のサービスを提供するべく設計された意欲的な車輌でしたが、車体質量と新製価格が過大であることから北九州地区に投入された最初の30両を最後に新製が見送られ、北九州地区の快速や急行に使用されました。その後キハ200の投入や電化などによりキハ66系は長崎地区に転属し、大村線の快速・普通に使用されています。
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