HXD1B型电力机车是六轴大功率干线货运用电力机车，车体采用整体承载结构及模块化设计，两端各设有一个司机室，司机可在任何一端司机室对机车进行控制;车内设备采用两侧屏柜化斜对称布置，并设中间贯通走廊。每台机车车顶设有两台由株洲九方电器设备有限公司制造的TSG15B型单臂式受电弓，其他车顶外置设备包括真空断路器、接地开关、避雷器、高压连接器等高压设备。牵引变压器采用卧式悬挂结构，与蓄电池、总风缸一同吊装于车底中部。机车采用车体独立通风方式，从侧墙上部进风百叶窗吸入冷风，向发热部件冷却后从车底排出，并维持机械间呈微正压，改善机车防尘效果及防寒性能。机车轴式为Co-Co，持续功率为9600千瓦;机车轴重为25吨。

HXD1B型电力机车是交-直-交流电传动的单相工频交流电力机车，机车主电路由主变压器、牵引变流器、牵引电动机三大部分构成。接触网导线上的25千伏单相工频交流电电流，经受电弓、主断路器进入机车后再输入主变压器，交流电经过主变压器的4个牵引绕组降压后，经过4组四象限脉冲整流器整流为直流电，然后向两组并联工作、电压为3700伏的中间直流回路供电，再由6组牵引逆变器转换成三相交流电输出，每组逆变器向一台异步牵引电动机供电，实现机车的轴控驱动，使牵引电动机产生转矩，将电能转变为机械能，经过齿轮的传递驱动轮对。

HXD1B型机车采用了株洲西门子牵引设备有限公司研制的VVVF牵引变流器，其中四象限整流器和PWM逆变器均由相同的水冷IGBT变流模块(6500V/600A)组成。牵引电动机采用由西门子公司研制的1TB2822-0SF02型鼠笼式三相异步牵引电动机，额定功率为1633千瓦，冷却方式为强迫通风，采用直接转矩控制(DTC)。

HXD1B型机车的变流器采用集成结构，将主变流器和辅助变流器集成在一起，同样由中间直流环节供电。每节机车采用二个IGBT辅助逆变器供应三相交流电源，正常情况下其中一个为恒频恒压变流器(CVCF)，为牵引电动机通风机和油水冷却塔风机供电;另一个为变频变压变流器(VVVF)，向水泵、油泵、蓄电池充电机等设备供电。

HXD1B型电力机车装载了西门子公司开发的"SIBAS 32"32位微机控制系统和列车通信网络(TCN)，并安装了克诺尔公司的"CCB II"微机控制电空制动系统。"SIBAS 32"系统采用集散控制模式，由中央控制单元(CCU)、牵引控制单元(TCU)、辅助控制单元(ACU)、液晶显示屏(HMI)和外设智能接口(KLIP)构成，并采用两级网络控制系统进行数据通信，由绞线列车总线(WTB)和多功能车辆总线(MVB)两级网络构成，使机车控制系统具有控制、监测、传输、故障诊断、显示和存储功能;主逆变器由TCU控制，CCU负责对机车进行全面管理，机车内所有电子控制装置、显示器等都通过MVB相连，两台或以上重联机车之间的通讯则通过WTB实现。

机车走行部为两台完全相同的ZED120-Co型三轴转向架，转向架构架采用钢板焊成箱形结构的"目"字型构架，轮对轴箱采用单拉杆定位。一系悬挂采用螺旋弹簧配垂向油压减震器;二系悬挂为高挠螺旋圆弹簧及橡胶垫，配横向油压减振器。牵引力或制动力通过中间低位推挽式双斜拉杆牵引装置传递。牵引电动机采用滚动轴承抱轴式半悬挂、单边刚性斜齿传动。基础制动装置为轮盘制动;停放制动装置为单元制动器。