アタバラ級の改造で1902年9月に1両（3405号機）が試作され、1903年に10両(3433 - 3442)をグレート・ウェスタン鉄道スウィンドン工場で新造、更に1905年から1907年にかけて9両(3400 - 3404・3406 - 3409)についてアタバラ級からの改造が実施された。なお、車番は1912年に3700 - 3719に整理改番されている。
搭載ボイラーの形式からも明らかなように、既に次代の主力となる強力なテンホイラー機である2900形（セイント級）の開発が進行する中で設計された。これは、本形式が後述するロンドン・アンド・サウス・ウェスタン鉄道(London and South Western Railway:LSWR)との熾烈な速度競争に対処するため、次世代機関車完成までの中継ぎとして当座必要な性能の機関車を得る目的で計画されたためと見られている。それゆえ足回りはアタバラ級の設計をそのまま継承しており、2基のシリンダとスティーブンソン式弁装置を車輪間に搭載、板台枠構造の2軸先台車、アウトサイドフレーム構成でシリンダーを内側に置きサイドロッドとカウンターウェイトだけが外に露呈する主台枠など、超広軌時代にダニエル・グーチが設計したシングルドライバーの面影を残す、明らかに古い基本設計が継承された。これに対し、ボイラーについては前述の通り、本形式のためにチャーチウォードがNo.4形ボイラーと称する新型高性能ボイラーを設計した。これは、異径缶胴をつなぎ合わせて円錐形のケーシングで覆い、ベルペア式の狭火室を備えるなど、チャーチウォードの代表作となったセイント級に搭載されたNo.1形ボイラーの影響が色濃く出ており、当時としては蒸気圧力が高いため強度確保に蒸気ドームが設けられず、火室上部の細いスロットを長手に切ったチューブから蒸気を採取している。建前として、カタログ上の牽引力はアタバラ級と同一として取り扱われていたが、新設計のNo.4形ボイラーはアタバラ級のNo.2形ボイラー（長煙管仕様へ改装後）と比較してボイラー長や煙管長、それに火床面積などが増えており、これによりボイラーの熱効率が向上し、蒸気発生量が増大したことで連続高速運転時の走行性能も向上している。
1902年にGWRの機関車総監督（Locomotive Superintendant：1915年に改組で技師長（Chief Mechanic Engineer：CME）へ改称）であったジョージ・チャーチウォード（在任期間：1902年 - 1922年）の手によって設計された。基本となったのは、3300形（ブルドッグ級）の急行列車牽引用派生形式として、チャーチウォードの前任者であったウィリアム・ディーン（在任期間：1877年 - 1902年）によって1900年に設計された、4120形（アタバラ級）であり、これにチャーチウォード自らが設計した新型のNo.4形(Type No.4)ボイラーを搭載して高速性能の向上を実現したモデルである。アタバラ級からの改造と新造で各10両、計20両が揃えられた。
1999年4月、NHKが彼を題材として製作したテレビ番組「ヘンリー木山のサンフランシスコ日記」を放送した。2009年、米国では漫画普及草創期の彼の功績を記念し、「今年最も功績のあったアジア系アメリカ人漫画家に贈られる賞」が「Henry Y. Kiyama Award（ヘンリー木山義喬賞）」と命名された。2012年、鳥取県日野町は木山の作品の維持管理及び同町の文化芸術振興を目的とする「木山義喬顕彰基金」を創設している。
2004年より、大規模改良・再開発事業である「大阪駅開発プロジェクト」が行われている。再開発エリアは「大阪ステーションシティ」(OSAKA STATION CITY) と名付けられ、広場・通路の整備、ノースゲートビルディングの建設、「アクティ大阪」から改称したサウスゲートビルディングの増築が行われている。店舗面積（三越伊勢丹・大丸・ルクアを合算）で134,000m²と大規模なものとなり、ららぽーとTOKYO-BAY（千葉県船橋市、115,000m²）を抜いて西日本最大、日本第2位の規模を誇る商業施設となる。2011年5月4日にグランドオープンした。プラットホーム中央部を覆うように弧を描く巨大な片流れの大屋根が設置された。東西長約180m、南北長約100mで、高さは最も高い地点で約50mに達する。一部にガラスが使われ、自然光が差し込む作りである。これに伴って既存のホーム屋根は端部を残して撤去される予定であったが、風に飛ばされた雨が屋根の横の隙間から吹き込むことが判明したため、透明なガラス製の屋根を設置することとなった。また、駅改良工事としてホーム上に建設された人工地盤に新しく橋上駅舎が設置されるとともに、8番のりばなどの拡幅による混雑緩和や御堂筋口の中2階通路の廃止によるコンコースのフラット化やエスカレーター増設などのバリアフリー化も図られた。橋上駅舎には新しい改札口「連絡橋口」が設置され、2010年11月1日から暫定的に乗り換え専用通路として使用し、2011年4月11日に使用を開始している。総事業費は2,100億円に及ぶ。現在の当駅の平均乗降客数は85万人だが、JR西日本では大阪ステーションシティの開業で91万人にまで増えると想定している。また、開業後の当駅の増収効果を鉄道業や流通業、ビルのテナント料収入などで年間725億円と試算され、開業当初は減価償却費などがかさむが、5 - 6年後には利益を生み始めると見積もられている。