Coetanee per quanto riguarda il progetto delle E.552, le E.333 si presentavano anch'esse con la caratteristica linea totalmente asimmetrica a una sola cabina di guida. Delle E.552 ripetevano anche i difetti di insufficiente forza di trazione alla marcia con i motori disposti in cascata (velocità di 25 e 37,5 km/h). Interventi compiuti nei primi mesi di esercizio ai motori e al reostato, permisero di migliorare in parte la forza di trazione allo spunto. Nell'occasione fu soppressa la seconda velocità, per cui le possibilità di marcia risultarono di 25, 50 e 75 km/h.
Le prime macchine venivano fornite dalla CEMSA con una caldaia elettrica per il riscaldamento del treno, ma dati gli scarsi risultati fu subito tolta d'opera, mentre le ultime macchine ne vennero fornite già prive. Alla fine degli anni '30, invece, tutte le E.333 ebbero una caldaia a vapore verticale sistemata nella parte posteriore della cabina di manovra. Un particolare dispositivo permetteva di variare la massa aderente da 45 a 51 t scaricando in parte gli assi portanti.
Sull'E.333.006 furono sperimentati degli organi di presa di corrente a pantografo, anziché a stanghe, simili a quelli montati sulle
E.432.
Le E.333 vennero assegnate ai depositi di Genova, Alessandria e Lecco, e in seguito a Firenze per i treni della Porrettana.
A metà degli anni '30 raggiunsero anche Bolzano per i servizi su Brennero e Merano. Nel dopoguerra vennero stanziate a Genova, Alessandria e Torino, terminando il loro esercizio nel 1968 sulla Carmagnola - Savona.