Автомобили ЗИЛ-164 и ЗИЛ-164А долгие годы были «рабочими лошадками» практически во всех автохозяйствах СССР. На их базе специализированные заводы выпускали большими сериями фургоны, заправщики, цистерны, пожарные машины, автокраны и многие другие типы специальной техники.
В конструкции ЗИЛ-164А был внедрён целый ряд узлов от перспективной модели ЗИЛ-130 (сцепление, коробка передач, стояночный тормоз, новая промопора кардана, комбинированный тормозной кран). Приёмочные испытания грузовиков семейства ЗИЛ-164А прошли в 1960 году, а на конвейер они встали в октябре 1961-го.
Внешне ЗИЛ-164 от ЗИЛ-164А отличить легко по расположению жалюзи на боковинах капота: у ЗИЛ-164 они горизонтальные, у ЗИЛ-164А — горизонтальные, как у ЗИС-150.
Многие машины, использовавшиеся группой советских войск в ГДР, оборудовались специальными кузовами немецкой постройки. В частности, немецкие пожарные машины на базе ЗИЛ-164 после списания из воинских частей продолжали работать в пожарных бригадах ближайших городов. Кроме того, многие автохозяйства своими силами изготавливали на базе ЗИЛ-164 весьма оригинальные спецмашины, нередко такие конструкции появлялись в СССР впервые, например, кассетный цементовоз.
На шасси ЗИЛ-164А монтировалась также первая в СССР серийная цистерна для перевозки сжиженного газа АЦЖНГ-4-164А. В автохозяйствах ЗИЛ-164 работали до конца 1970-х, а отдельные экземпляры — и до начала 1990-х. Простота конструкции автомобиля и его высокая степень агрегатной унификации с «долгожителем» ЗИЛ-157 позволили эксплуатировать подобные грузовые автомобили не одно десятилетие. К началу 1960-х ЗИЛ-164 и его модификации успели значительно устареть, и в 1965 году автомобили серии 164 были сняты с производства. Сегодня на территории СНГ и Прибалтики сохранилось несколько экземпляров этих машин.