Задание на разработку семейства большегрузных автомобилей для Камского автомобильного завода (КамАЗ) подтолкнуло зиловцев к идее использования уже готового проекта трехосного грузовика ЗИЛ-170, который полностью соответствовал выдвинутым техническим требованиям.
Базовым автомобилем семейства камских грузовиков должен был стать КамАЗ-5320 грузоподъемностью 8 т (в составе автопоезда 16 т). Предполагалось использовать в качестве силового агрегата новейший дизельный двигатель ЯМЗ-641 (V8; 9,5 л; 210 л.с.), двухдисковое сцепление и пятискоростную коробку передач с передним делителем, двухступенчатыми ведущими мостами с блокируемым межосевым дифференциалом.
В 1969 г. собрали первый опытный образец базового грузовика КамАЗ-5320 и два опытных длиннобазных грузовика КамАЗ-53202, являвшихся его модификациями. Год спустя, в ноябре 1970-го, построили еще по одному опытному образцу КамАЗ-5320 и КамАЗ-53202.
После предварительных заводских испытаний выяснилось, что дизель ЯМЗ-641 не совсем соответствует режиму эксплуатации машины, поэтому был предложен силовой агрегат ЯМЗ-740 — той же мощности, но с увеличенным рабочим объемом.
На существовавших опытных образцах двигатели были заменены на новый, а все последующие опытные образцы сразу строились с новым силовым агрегатом. Кроме того, в том же 1971 г. кабины на некоторых опытных образцах были доработаны с установкой спальных мест, так как грузовики в основном предназначались для междугородних перевозок и улучшение условий труда водителей являлось необходимым условием.
Следующая опытная «парочка» (КамАЗ-5320 и КамАЗ-53202) была построена в декабре 1971 г., а в сентябре 1972-го изготовили сразу по две опытные машины КамАЗ-5320 и КамАЗ-53202.
Последним в ряду опытных бортовых грузовиков, построенных в экспериментальном цехе ОГК ЗИЛ, стал в 1973 г. образцово-показательный (эталонный по весу) КамАЗ-5320. Всего в 1969-1973 гг. было построено три серии опытных образцов КамАЗ-5320 и КамАЗ-53202 — суммарно 12 экземпляров.