Прототип будущего КамАЗа разрабатывался на ЗИЛе и назывался ЗИЛ-170. Он был предназначен для казавшейся тогда скорой замены 130-го ЗиЛа, стоявшего на конвейере с сентября 1962 года.
ЗИЛ-170 проектировался для массовых перевозок грузов в любых климатических зонах. При выборе схемы новой машины в расчет было, прежде всего, принято во внимание то обстоятельство, что покрытие большинства дорог нашей тогдашней общей страны было рассчитано на осевую нагрузку автомобиля не свыше 6 тонн. А поскольку на задний мост автомобиля с полной массой около 16 тонн ложится почти две трети этой нагрузки, автомобили были изначально задуманы трёхосными. При этом на каждую из задних осей должна была приходиться масса около 5,3 т. Эти машины по тогдашней классификации относились к так называемой группе «Б», то есть к автомобилям, одна ось которых создает нагрузку на полотно дороги не более 6 тонн.
На ЗИЛ-170 первоначально стоял двигатель Ярославского моторного завода ЯМЗ-236. В качестве образца для подражания среди закупленных за рубежом для испытаний и выявления требуемого класса капотных и бескапотных аналогов был выбран канадский «International COF-220». Однако это подражание отнюдь не было копированием. В версии ЗиЛа кабина приобрела немного другие, более прямоугольные формы и изящный передок, с такой привычной нам решеткой воздухозаборника в правой части.
Первый ЗИЛ-170 был построен в конце 1968 года. Уже в мае 1969 года первый опытный образец автомобиля ЗИЛ-170 прошел первые испытания на участке Углич–Рыбинск.

Однако во время пробега выяснилось, что 180-сильной мощности ярославского дизеля для автомобиля такого класса явно недостаточно. Установка же восьмицилиндрового 240-сильного ЯМЗ-238 увеличивала бы моторный отсек и потребовала бы полной перепланировки кабины. Пришлось разработать специальный двигатель, позднее получивший название КамАЗ-740. Рассказы о том, что этот двигатель стал копией американского оригинала, на самом деле не подтверждаются. История его появления гораздо более интересна. Дело в том, что незадолго до этого на вооружение советской армии был принят танк Т-64. Он обладал двигателем уникальной конструкции со встречным движением поршней. При 120-миллиметровом диаметре цилиндра и 120-миллиметровом ходе поршня рабочий объём этого 10-цилиндрового двухтактного дизеля 13570 куб. см. Появилась мысль использовать восьмицилиндровый вариант танкового двигателя на грузовике. Однако мощность такого дизеля оказалась избыточной – 560 лошадиных сил для грузовика по тем временам было бы слишком круто. Никто тогда не предполагал, что в будущем на раллийный вариант этого автомобиля будут ставить 731-сильный 17,24-литровый мотор, разгоняющий12-тогную машину до сотни за 16 секунд и позволяющий развивать 215-километровую скорость.
В конце концов, конструкторы решили, используя поршни из высококремнистого алюминиевого сплава и стальные шатуны двутаврового сечения от танкового двигателя, создать обычный V-образный четырёхтактный дизель-мотор, который, имея 10,857-литровый объём, при 2100 оборотах в минуту развивал 210-сильную мощность.
Блок-картер двигателя был отлит из чугуна и снизу закрывался штампованным поддоном. В расточках блоков были установлены гильзы цилиндров мокрого типа. Сверху гильзы были закрыты индивидуальными головками.

По всей высоте цилиндров были проделаны протоки для охлаждающей жидкости, благодаря чему обеспечивается интенсивный отвод тепла от гильз цилиндров, что обеспечивало охлаждение поршней и поршневых колец и снижает температуру масла. Водяные рубашки блока и головок цилиндров сообщались между собой посредством специальных отверстий в привалочных плоскостях, уплотняемых резиновыми кольцами.
В нижней части развала блока был установлен распределительный вал, приводивший в движения верхнерасположенные клапана газораспределительного механизма. Под распредвалом в коренных опорах крепился коленчатый вал.
С двигателем была сблокирована и новая трансмиссия, снабжённая так называемым делителем – дополнительной двухступенчатой коробкой передач, установленной между сцеплением и основной коробкой передач и позволяющей вдвое увеличить число ступеней в трансмиссии. Применялся также блокируемый межосевой дифференциал.
Двигатель и трансмиссию на ЗиЛе изготовили достаточно быстро, но после принятия постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О строительстве комплекса заводов по производству большегрузных автомобилей в Набережных Челнах» дальнейшую разработку и последующую сборку ЗИЛа-170 было решено перенести на КамАЗ. Тогда же название машины ЗИЛ-170 поменяли на КамАЗ-5320. Первый, опытный КамАЗ-5320 уже с новым двигателем был собран в 1974 году, а первый серийный экземпляр сошёл с заводского конвейера 16 февраля 1976 года – в канун начала работы XXV съезда КПСС.
При 4510-миллиметровой колёсной базе КамАЗ-5320 имел 7435-миллиметровую длину и 2,5-метровую ширину. Высота без тента составляла 2,63 метра.

Рост производства на КамАЗе побил в первые годы все мировые рекорды: уже в июне 1979 года с главного конвейера сошёл стотысячный грузовик.
В 1988 году было проведено финансово-экономическое исследование деятельности предприятия. По подсчетам специалистов, с начала выпуска автомобилей КамАЗ Советский Союз получил только от их эксплуатации около восьми миллиардов рублей транспортной прибыли. То есть, за первые десять лет работы КамАЗ полностью оправдал все капиталовложения, связанные с его строительством. Составляя треть грузового автопарка Страны Советов, КамАЗы перевозили до двух третей всех грузов, перевозимых советским автотранспортом.
В дальнейшем на базе модели КамАЗ 5320 был создан седельный тягач КамАЗ 5410 и самосвал КамАЗ 5511. Их производство началось в 1977 году. Ныне же количество моделей и модификаций составляет несколько десятков.