Над трехосными грузовиками начали думать еще в начале 60-х. На момент разработки капотной трехосной 133-й модели ЗИЛ еще не получил задание на разработку 170-й модели - бескапотный грузовик, который был передан для производства новому КАМАЗу. Перспективы у грузовика были прекрасными - для решения задач о кратном увеличении объемов грузоперевозок автотранспортом как раз требовался трехосный грузовик.
Первыми прототипами трехосника были седельные тягачи ЗИЛ 133В, собранные в 1963 - 1965 годах. Примерно в то же время был собран опытный длиннобазный бортовой ЗИЛ-133Г, рассчитанный на перевоз 8 тонн груза.
Однако после выпуска опытных машин программа была приостановлена: все силы были сосредоточены на новой бескапотной модели. Только после разработки ЗИЛ-170, его испытаний и передачи производства в Набережные Челны на Заводе имени Лихачева вновь задумались о собственном трехосном грузовике. Только что модернизированное производство не предполагало радикального изменения модельного ряда - новая линия сборки кабин, в частности, была заточена под капотный 130-й.
Сама же передача 170-го на завод в Набережных Челнах оказалась во многом судьбоносной: ЗИЛ остался с капотными моделями, это его сделало неконкурентоспособным в 90-е годы, когда капотные громоздкие грузовики окончательно стали не востребованы.
Новый ЗИЛ-133 имел колесную формулу 6х4, длина автомобиля была увеличена на 2 метра в сравнении с более коротким ЗИЛ-130.. Сзади у автомобиля было два ведущих моста, первый имел межосевой дифференциал, включавшийся из кабины.
В 1975 году все-таки автомобиль начали изготавливать серийно - это был доработанный ЗИЛ-133Г1. В отличие от 133Г, автомобиль получил еще один бензобак и третий борт, а также немного увеличили колесную базу и грузовую платформу.
В 1979 году грузоподъемность с 8 тонн была увеличена до 10 - автомобиль получил индекс 133Г2. Этот автомобиль выпускался с 1980 года мелкими сериями. В том же году были проведены работы по увеличению подкапотного пространства для установки дизельного двигателя КАМАЗ-740. Автомобиль с дизельным двигателем получил индекс 133ГЯ.
133ГЯ стал самой массовой модификацией модели, он за несколько лет вытеснил с конвейера бензиновый 133Г2 - разница в расходе топлива у дизеля была почти в два раза меньше, чем у бензинового V6.
В 1992 году ЗИЛ-133ГЯ был снят с производства - на то же шасси поставили кабину от ЗИЛ-4331, двигатель ЗИЛ-645 (дизельный V8 мощностью 185 л.с, был немного экономичнее КАМАЗ-740). Были также автомобили с двигателем Caterpilar. Модель получила индекс ЗИЛ-133Г4.
На базе удлиненного шасси выпускалось множество модификаций: седельный тягач, самосвал, автокран и многие другие. До 2008 года ЗИЛ мелкими партиями продолжал выпускать различные модификации автомобиля с кабиной ЗИЛ-4331.
Помимо основных моделей, были и необычные модификации автомобиля:
ЭД-403 - комбинированная дорожная машина. Было несколько разновидностей: с цистерной для перевозки воды и поливки улиц, с кузовом для песка.
АГП-28 - автовышка с высотой подъема до 28 метров.
ЗСА-7 - загрузчик сеялок. Для сельского хозяйства также была модификация, предназначенная для загрузки удобрений - ЗМУ-8.
АКТ-2,5/3(133ГЯ)-197 - автомобиль комбинированного тушения. Имел увеличенную емкость для воды. Для нужд пождарной службы на также выпускались пожарные автоцистерны АЦ-40 и автолестницы АЛ-45.
КС-3575А - автокран с высотой подъема 10,5 метров груза массой до 10 тонн.
Благодаря шасси с колесной формулой 6х4 ЗИЛ и другие производства выпускали массу автомобилей, которые были задействованы во всех отраслях промышленности. Многие из этих автомобилей трудятся до сих пор - дизельные двигатели сделали эти машины конкурентоспособными, самым большим их недостатком осталась уменьшенная маневренность из-за длинного капота.