Первое десятилетие после Великой Отечественной войны было отмечено бурным созданием и развитием троллейбусных систем в Советском Союзе. Они рассматривались как продвинутое решение транспортных проблем по сравнению с «полуустарелыми» трамваями. Основой парка подвижного состава тогда был МТБ-82, очень надёжный, долговечный и простой по конструкции троллейбус. Но он относился к среднему классу и не обладал ни комфортом для пассажиров, не удобством работы для водителя и кондуктора. Главными недостатками МТБ-82 считались тяжёлая рамная конструкция корпуса, непропорционально большая кабина водителя, узкие двери, неудовлетворительный обзор из пассажирского салона, неоптимальная с точки зрения экономии электроэнергии косвенная неавтоматическая система управления током через тяговый электродвигатель.

Некоторые улучшения были реализованы конструкторами ЗиУ на малосерийных экспериментальных троллейбусах ТБУ-1. Однако затем было решено попытаться устранить все проблемы разом, используя самые современные на тот момент технологии. Помимо большого вместительного корпуса обтекаемой формы предполагалось внедрить новую автоматическую реостатно-контакторную систему управления (РКСУ) для оптимизации процессов пуска-торможения троллейбуса и упрощения работы водителя (для вождения МТБ-82 требовался значительный опыт управления машиной, причём новичок легко мог сжечь её пускотормозные сопротивления). С целью повышения электробезопасности и обеспечения работы РКСУ становилось необходимым разделение электрических цепей на силовые высоковольтные и служебные низковольтные. К 1959 году заводское конструкторское бюро закончило проектные работы, и на опытном производстве ЗиУ был построен первый прототип такой машины под заводским индексом ЗиУ-5. Новый троллейбус получил все упоминавшиеся выше новшества, экспериментальную рекуперативную тормозную систему (от которой отказались впоследствии) и был направлен на испытания, которые успешно выдержал — его рекомендовали к серийному производству.