1960年代中期以降、国鉄は車両の冷房装置搭載が本格化した為、急行型気動車キハ58系の冷房問題に頭を悩ませていた。DMH17Hディーゼルエンジンが低出力であるという根本的問題を抱えており、急勾配線で運用される場合には、走行用エンジンの基数確保と冷房電源供給エンジン搭載スペース確保との相反する制約に伴う、出力不足の問題が顕著となった。
そこで国鉄が当時開発したキハ91系(キハ90系)をベースにエンジンの増強を図った車両として、キハ65形を開発した。
500psのエンジン出力はキハ58の180ps×2を凌駕し、更に自車を含めて3両分の冷房用電源用の発電エンジンを搭載している。そのため勾配線区における冷房化推進と同時にブースターとしての役割も持たされた。
車体は同時期に製造された12系客車に準じた二段ユニットサッシ窓・折戸式客扉となっている。台車はキハ58・28のコイルバネ式台車であるDT22系列ではなく、空気バネ式のDT39とTR218を装備する。見た目はキハ181系の台車であるDT36B・TR205Bに似ている。
運用はキハ58系の増結として主に使用された。
その前提で開発されたため、トイレ・洗面所は設置されていない。
国鉄民営化後はその高いエンジン出力からおもにジョイフルトレインに改造されることが多く、中でもJR西日本のエーデルシリーズは原型を留めない改造であった。
2013年に全廃され形式消滅となったが、JR九州の「ゆふいんの森」で運用されているキハ71系のうち先頭車(キハ71形)は、元を辿ればキハ65の車体更新車であり、正真正銘最後のキハ65となっている。・・・といっても、2003年のリニューアルにあわせてエンジンはコマツ製SA6D125HD-1に換装、変速機もあわせて更新を受けているので、引き継いでいるのは車籍と台車ぐらいである。
現在は四国鉄道文化館南館でキハ65 34が静態保存されているのみで、そのほかの車両はすべて解体された。
