Во второй половине 60-х годов ХХ века троллейбус ЗИУ-5 считался современной машиной. Он устраивал по своим эксплуатационным качествам троллейбусные парки и пассажиров, имел много преимуществ перед троллейбусами МТБ и даже СВАРЗ. Но в советской автомобильной промышленности действовало негласное правило: когда завод осваивает производство новой модели, конструкторам даётся задание начинать работы над машиной следующего поколения. Этим путём пошёл и отдел главного конструктора троллейбусного завода в Энгельсе, где развернулась работа над троллейбусом следующего после ЗИУ-5 поколения.
Во главу угла при конструировании нового троллейбуса поставили несколько важных особенностей. Во-первых, новинка соответствовала актуальной концепции пассажирских перевозок в городе, когда количество сидений в салоне сокращается, зато увеличивается пространство для стоящих пассажиров. Это рационально, так как большинство людей едет на небольшое расстояние — одну-три остановки. Во-вторых, с той же целью кузов выполняется 3-дверным. Это упрощает посадку и высадку пассажиров, едущих недалеко. Против 3-дверной схемы до начала 1960-х годов выступали транспортники — она неудобна для работы кондукторов. Но к моменту появления ЗИУ-9 вместо кондукторов повсеместно применялись кассовые аппараты, установленные в салоне, и проблема утратила актуальность. В-третьих, форма и конструкция кузова были оптимизированы для обеспечения удобства массового производства троллейбусных кузовов. Важный момент: к началу 1970-х годов уже действовали международные стандарты, ограничивающие ширину кузова грузовых машин, автобусов, троллейбусов и трамваев — 2,5 метра. Прежние модели троллейбусов — МТБ-82 и ЗИУ-5 в этот норматив не укладывались, их ширина была более 2,6 м.
В 1972 году завод выпустил первые серийные троллейбусы с индексом, присвоенным по исходной заводской документации ЗИУ-9, и они вышли на маршруты в больших городах, прежде всего — в Москве и Ленинграде. Поскольку завод в Энгельсе был включён в систему Министерства автомобильной промышленности СССР, новой модели дали новый отраслевой индекс ЗИУ-682, разные модификации обозначались дополнительной буквой (ЗИУ-682 В, ЗИУ-682Г). На протяжении ряда лет троллейбусы ЗИУ-682 работали в парках параллельно со старыми ЗИУ-5. Но в течение первой половины 1980-х годов новая модель постепенно вытеснила из эксплуатации свою предшественницу.
К моменту распада СССР ЗИУ-682 и его сочленённая модификация ЗИУ-683 стали основными троллейбусами по всей стране, исключая отдельные регионы (Крым, республики Прибалтики), где широко применялись импортные троллейбусы Skoda, выпускавшиеся в Чехословакии. В постсоветский период предпринимались многочисленные попытки дублировать производство троллейбусов типа ЗИУ-682 на различных машиностроительных и ремонтных заводах России, например на Башкирском троллейбусном заводе (БТЗ) в Уфе, Волгоградском заводе транспортного машиностроения «ВЗТМ».