Tussen 1910 en 1920 werden 109 stoomlocomotieven met de nummers 685 t/m 778 en 785 t/m 799 geleverd aan de Staatsspoorwegen (SS). De locomotieven werden geleverd door vier verschillende fabrikanten, waaronder Werkspoor in Amsterdam. In 1911 werd de 731 geleverd aan de SS, hij was de eerste locomotief van de serie die in Nederland werd gebouwd. De locomotieven hadden twee keer zoveel vermogen als hun voorgangers, de SS 801 t/m 935 (gebouwd tussen 1899 en 1906). Daardoor waren ze zeer geschikt voor sneltreindiensten en kregen ze de bijnaam 'Jumbo'.

Aan het einde van de negentiende eeuw ging het slecht met de spoorwegen in Nederland. Veel vervoerders hadden onderling slechte overstappen en verschillende tariefsystemen. De overheid greep in en besloot om alle spoorwegen te verdelen in de twee grootste bestaande maatschappijen: de Hollandsche IJzeren Spoorweg-Maatschappij (HSM) en de Staatsspoorwegen (SS). Nadat de HSM en SS tijdens de Eerste Wereldoorlog gedwongen samen hebben gewerkt, besloten ze dit na de oorlog ook te doen. In 1917 werd een samenwerkingsverband opgericht: de Nederlandsche Spoorwegen. De NS beheerde vanaf dat moment al het materieel, personeel en andere activa. In 1921 werd het materieel van beide spoorwegmaatschappijen omgenummerd naar nummerschema's van de NS. Ook werd het materieel voorzien van de nieuwe huisstijl van NS, donkergroen. De donkergroene kleur werd gekozen omdat treinen niet mochten opvallen in een weiland. Op 1 januari 1938 werden de HSM, SS en nog enkele kleine overgebleven vervoerders via een wet beëindigd; ze waren definitief in de NS opgegaan. Na de eenwording tot de NS leverde Werkspoor in Amsterdam nog zes locomotieven van de serie. Deze locomotieven waren nog door de SS besteld. De gehele serie kreeg in 1921 de nummers NS 3701 t/m 3815. De SS 731 werd omgenummerd naar de NS 3737. De locomotieven waren zo succesvol dat NS in 1928 nog een bestelling deed van vijf locomotieven. De serie locomotieven bestond toen uit 120 exemplaren, de 3701 t/m 3820.

Tijdens de beurscrash van oktober 1929 stortten plotseling de aandelenkoersen op de beurs van Wall Street (New York) in. Dit leidde tot de Great Depression. Dit kwam door de overproductie van Amerikaanse boeren, veroorzaakt door overproductie van de industrie door mechanisering en dat de export naar Europa sterk terugliep. Vanaf 1933 voerde Amerika de New Deal in, waardoor het uit de crisis kroop. Door de toenemende welvaart kwamen gestroomlijnde modellen erg in de mode. Die rage waaide ook over naar Europa. De Rijtuig- en Wagenbouw van de Nederlandsche Spoorwegen ontwierp nieuwe dieseltreinen met een gestroomlijnde vorm. In 1934 introduceerden de Nederlandsche Spoorwegen de eerste (diesel)treinstellen van Nederland. Dit materieel kreeg de naam DE3 of Materieel '34. Door het gestroomlijnde ontwerp hadden de treinstellen minder luchtweerstand, waardoor ze sneller waren en minder diesel verbruikten. De hypermoderne treinstellen waren een sensatie tussen de oude stoomlocomotieven en moesten beter gaan concurreren met de opkomende concurrentie van de auto's. Ook enkele stoomlocomotieven van de serie NS 3700 werden gestroomlijnd. In 1936 werd de 3804 als eerste voorzien van een gestroomlijnde behuizing. De locomotief kreeg hierdoor de bijnaam 'Potvis'. De zware behuizing kostte extra kolen en water en leverde weinig op. Hierom werd de gestroomlijnde behuizing weer van de locomotieven gehaald.

Na de Tweede Wereldoorlog herstelde de Nederlandse economie snel. Hierdoor kon Nederland, deels met het Amerikaanse Marshallplan, in de wederopbouw veel nieuw spoorwegmaterieel aanschaffen. Nu grotendeels van het spoorwegnet ernstig is beschadigd, werd besloten om juist nu grote stappen te maken in het moderniseren van het spoorwegnet. Grote delen van het spoor werden geëlektrificeerd en het materieelpark werd flink gemoderniseerd met de komst van veel nieuw materieel. NS wilde houten rijtuigen en stoomlocomotieven voorgoed buitendienst stellen. Ook wilde NS het materieel dat na de oorlog als tijdelijke inzet uit legerdumps en elders uit Europa werd gekocht of gehuurd snel vervangen. In de jaren na de oorlog bestelde NS, tot aan 1960, 173 dieselrangeerlocomotieven (de series 200, 450, 500, 600 en 700), 286 diesellocomotieven voor op de hoofdbaan (de series 2200, 2400 en 2600, de 2600'en werden in 1958 al aan de kant gezet), 111 elektrische locomotieven (de series 1000, 1100, 1200 en 1300), 311 rijtuigen (de series Plan-D, Plan-E, Plan-K en Plan-N), 48 postrijtuigen (de series Pec, Plan-C, Plan-E en Plan-L), twee fietsrijtuigen (Dec-rijtuigen, de rijtuigen werden na één jaar omgebouwd naar Pec-postrijtuigen), 297 elektrische treinstellen (de series Mat'46, Mat'54 en Mat'57), 81 dieseltreinstellen (de series Plan-X en TEE DE4) en meer dan tienduizend nieuwe goederenwagons. Door al het nieuwe materieel nam NS in 1956 afscheid van het laatste houten rijtuig en reed NS nog uitsluitend met stalen rijtuigen. Ook reed de 3737 op 7 januari 1958 als laatste stoomtrein van NS van Geldermalsen naar het Spoorwegmuseum in Utrecht. Hier werd de locomotief door NS overgedragen aan het Spoorwegmuseum en opgenomen in de collectie. Nederland was een van de eerste landen in Europa waar stoomlocomotieven niet meer op het hoofdnet gebruikt werden. Bij bedrijven rangeerden stoomlocomotieven nog wel tot aan het begin van de jaren '70. De ex-WSM 23 rangeerde bij de Verenigde Coöperatieve Suikerfabrieken (VCS) in Zevenbergen en werd in 1970 als een van de laatste stoomlocomotieven buiten dienst gesteld.

In 1974 kwam de NS 3737 weer rijvaardig terug op het spoor. Het Spoorwegmuseum in Utrecht was de standplaats van de 3737 en vanuit Utrecht reed hij enkele ritten door het land. In 2003 bezocht de 3737 Winterswijk ter ere van 125 jaar openbaar vervoer in de Achterhoek. Toen kwamen enkele defecten aan het licht. De 3737 werd daarna buiten dienst genomen om deze defecten te herstellen. Mede door de te hoge kosten werd besloten om de locomotief niet meer te herstellen. In 2011 vierde het Spoorwegmuseum het 100-jarig bestaan van de 3737 met de laatste machinisten die nog op de stoomlocomotief hebben gereden.

De NS 3737 heeft vanwege haar cultuurhistorische waarde de hoogste A-status toegekend gekregen binnen het Nationaal Register Railerfgoed.