V druhé polovině minulého století bylo mnoho automobilek, které se snažily experimentovat s revolučním rotačním motorem Felixe Wankela. Jednou z nich je již neexistující německá značka NSU, s níž Felix Wankel začal spolupracovat v roce 1951 a o tři roky později si nechal patentovat revoluční rotační motor s trojbokými rotačními písty. Motor však čekal dlouhý vývoj a testování a poprvé byl ukázán odborné veřejnosti a tisku v mnichovském muzeu v lednu 1960. O tři roky později se na Mezinárodní automobilové výstavě ve Frankfurtu představil první vůz poháněný tzv. Wankelovým motorem. Malý sportovní vůz NSU Spider, známý také jako Wankel-Spider, se stal prvním sériově vyráběným autem s jednorotorovým rotačním motorem. I přes mizernou finanční situaci a vysoké náklady chtělo NSU psát historii a rozhodnout se vyvinout vůz střední třídy s dvourotorovým rotačním motorem, jehož síla bude přenášena na přední kola.

Připravovaný vůz dostal jméno NSU Ro 80, kde Ro odkazovalo na rotační motor a číslovka 80 udávala tehdy odhadovaný výkon v koňských silách (v sériovém provedení byl vůz ale mnohem silnější). Vedením vývoje byl pověřen konstruktér Ewald Praxl a návrh karoserie vypracovával šéfdesignér Klaus Luthe. Design nového vozu se čtyřdveřovou karoserií byl ve své době velmi moderní a líbivý. Tvary zdůrazňovala ostrá hrana ve výši klik dveří, protažená od předních světlometů až ke krátké zádi, v níž se skrýval objemný zavazadlový prostor. Aerodynamický vzhled potvrzoval i součinitel odporu vzduchu C_x=0,355, který byl v šedesátých letech skvělým výsledkem, leč dnes je srovnatelný s moderními SUV. Střídmý interiér byl čalouněný látkou, na přání kůží, včetně podlahy a přístrojové desky, jenž nesla čtveřici kruhových přístrojů před tříramenným volantem.

Kromě nezvyklého motoru se typ Ro 80 vyznačoval dalšími konstrukčními prvky, jenž byly v daném období u rodinných vozů nezvyklé. Všechna kola měla nezávislé zavěšení s vinutými pružinami, přičemž vpředu byla přimontována na svislých vzpěrách MacPherson a vzadu na vlečných ramenech se šikmými osami kývání. Kotoučové brzdy ATE Dunlop, které byly na přední nápravě umístěné u diferenciálu kvůli snížení neodpružených hmot, byly ovládané dvouokruhovým kapalinovým vedením s pneumatickým posilovačem a omezovačem brzdného účinku. Hřebenové řízení ZF bylo vybavené hydraulickým posilovačem.

Neobvyklá byla i třírychlostní plně synchronizovaná automatická převodovka se samočinným vypínáním spojky při pohybu řadicí páky umístěné v podlaze. Spojkový pedál chyběl a byl nahrazen elektrickým spínačem na řadicí páce, který ovládal podtlakové vypínání suché spojky.

Jak bylo popsáno výše, pod kapotou se nacházel dvourotorový rotační motor s krouživými písty NSU-Wankel, jenž dosahoval objemu přibližně jeden litr. Byl složený ze dvou komor, z nichž každá dosahovala objemu 497,5 ccm, které byly shodné se Spiderem. Objem každé komory odpovídal zdvihovému objemu 1 990 ccm v případě běžného motoru s přímočarým pohybem pístů. Malý motor dokázal vyvinout nejvyšší výkon až 115 koní při 5 500 otáčkách za minutu. Palivo bylo míseno s nasávaným vzduchem ve dvou postupných karburátorech Solex.

Konstruktéři věnovali značkou pozornost zvýšení spolehlivosti motoru, ale i přesto byly značným problémem těsnící lišty na vrcholech rotorů. Ty byly třídílné a vyrobené ze stejného materiálu. Střední část lišty ale měla tendenci k vysokému obrušování při studených startech a postupně přicházela o svou těsnící schopnost. Konstrukční problém, s nímž se rotační motory potýkají do dnešních dnů, vedl ke zvýšení spotřeby a později i k fatální poruše motoru. NSU se podařilo tento problém zmírnit až použitím odolnějšího materiálu Ferrotic.

Rotační motor byl ochotný k okamžitému zvýšení otáček až k hodnotám, které jej mohly značně poškodit. Z tohoto důvodu bylo NSU Ro 80 vybaveno standardním otáčkoměrem a od roku 1973 rovněž varovným zvukovým signálem, který varoval řidiče při překročení povolených otáček.

Nízká spolehlivost rotačního motoru, jehož problémy se mohly začít projevovat po najetých 24 000 kilometrech, způsobila, že důvěra zákazníků postupně klesala. Nejvyšší životnost motoru dosahovala až 50 000 kilometrů, po nichž musel projít generální opravou, nebo byl vyměněn za nový v rámci záruky. Případné zájemce odrazovala i vysoká spotřeba benzínu, jenž se pohybovala okolo 14 litrů na 100 kilometrů.

NSU Ro 80 vstoupilo do sériové výroby v říjnu 1967 a během prvního roku výroby opustilo továrnu v Neckarsulmu 5 986 vozů. V roce 1969 vzniklo dokonce 7 811 vozů. Následně však začala výroba pozvolna klesat a v posledních letech nepřekročila 2 000 kusů. Poslední vyrobený exemplář opustil výrobní linku v dubnu 1977 a celkem jich vzniklo 37 398.

Během desetileté výroby se sedan Ro 80 téměř nezměnil. Lehká modernizace v září 1969 přinesla dvojité halogenové světlomety, které nahradily původní obdélníkové, a větrací otvory interiéru, jenž byly umístěné v zadních střešních sloupcích. Následující rok byla kovová mřížka chladiče nahrazena plastovou a v roce 1975 byla zvětšena zadní světla a do obou nárazníků byly vloženy gumové lišty.

Nepříznivá finanční situace značky NSU vedla v roce 1969 k převzetí koncernem Volkswagen, kde se stala součástí společnosti Auto Union (nyní Audi). NSU spolu s Ro 80 vyvinulo i menší sedan K70 s pístovým motorem, který se mezi lety 1970-1975 prodával jako Volkswagen K70. Karoserie byla navržena taktéž Klausem Luthem, čímž vznikla značná podobnost obou vozů. K70 byl prvním vozem Volkswagenu, který byl poháněn vodou chlazeným motorem umístěným vpředu s pohonem předních kol.

Ačkoliv byl sedan NSU Ro 80 nespolehlivý kvůli svému motoru, evropští novináři jej zvolili Vozem roku 1967/1968. Později se číslování změnilo a vůz se zpětně stal Vozem roku 1968. NSU Ro 80 vyhrálo s velkým náskokem nad Fiatem 125 a Simcou 1100.