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  1959年,根據蘇聯交通部的要求,布良斯克機械製造廠開始在TEM1型柴油機車的基礎上,開發新一代功率更大的調車柴油機車。為此,奔薩柴油機製造廠在2Д50型柴油機的基礎上研製了ПД1型四衝程柴油機,而哈爾科夫電機製造廠亦研製了配套的ГП-300型直流牽引發電機。1960年,布良斯克機械製造廠試製了首兩臺TEM2型柴油機車,並在莫斯科鐵路局利霍博雷機務段投入運用考核。1961年,TEM2-0002號機車在全蘇鐵道運輸科學研究院的環形鐵道試驗線上進行了熱工及牽引效能試驗。由於TEM2型柴油機車仍屬於蘇聯鐵路第一代直流電傳動柴油機車,並沒有柴油機—發電機組恆功率勵磁調節裝置,因而試驗結果顯示機車的恆功調速範圍較狹窄,無法充分利用柴油機的輸出功率,若不採用磁場削弱則機車最高恆功速度只能達到37公里/小時。  經過長時間的試驗和改進後,布良斯克機械製造廠於1967年開始批量生產TEM2型柴油機車,並在1968年停產TEM1型柴油機車。1969年至1979年間,位於烏克蘭的伏羅希洛夫格勒內燃機車製造廠亦按照相同的圖紙批量生產TEM2型機車。由於該型機車的運用可靠性理想,從1970年起被列為蘇聯國家優質產品。從1960年至1975年,布良斯克機械製造廠共生產了2160臺TEM2型機車,全部交付蘇聯交通部;伏羅希洛夫格勒工廠共生產了1000臺,其中578臺交付交通部,其餘均交付路外廠礦企業使用。此後,又出現了TEM2A、TEM2M、TEM2U、TEM2UM、TEM2AM等眾多改進型。至2000年,布良斯克機械製造廠才正式停產TEM2系列柴油機車,在整整四十年的生產里程中共製造了近9000臺各種型號的TEM2系列柴油機車。  TEM2型柴油機車亦被出口到波蘭、蒙古國及古巴。1976年,波蘭訂購了130臺採用標準軌距的TEM2型機車,該型機車在波蘭鐵路系統內被定型為SM48型柴油機車。

  

  TEM2A型柴油機車支援在1520毫米寬軌軌距和1435毫米標準軌距之間互換轉向架,且支援調整車鉤高度上至1054毫米下至880毫米。

  1974年,布良斯克機械製造廠試製了首臺TEM2M-001號機車(),並於1984年開始小批量生產,該型機車採用了科洛姆納內燃機車製造廠研製的2-6Д49型柴油機。布良斯克機械製造廠共生產了286臺TEM2M型柴油機車,全部交付工廠企業使用。

  適用於熱帶地區的TEM2型機車。

  1978年,布良斯克機械製造廠試製了首臺TEM2U型柴油機車(),並於1984年開始批量生產。該型機車採用了經過改良的車體及司機室外觀,並對柴油發電機組、懸掛系統、冷卻水系統進行了改進,機車整備重量略為提高到123.6噸。

  1976年,布良斯克機械製造廠在TEM2-1983號機車的其中一個轉向架上,進行了安裝電磁軌制動裝置的試驗,利用電磁鐵及鋼軌之間產生的電磁吸力來提高輪軌粘著利用係數。根據蘇聯交通部的要求,布良斯克機械製造廠於1978年試製了TEM2US-001號機車(),該型機車的兩臺轉向架上均裝有電磁軌制動裝置,並在全蘇鐵道運輸科學研究院的環形鐵道試驗線進行了試驗。

  1985年,布良斯克機械製造廠試製了兩臺加裝了電阻制動裝置的TEM2型柴油機車,並在布良斯克機務段投入運用考核。

  1988年,布良斯克機械製造廠開始生產裝用1ПД-4А型柴油發電機組的TEM2UM型柴油機車(),柴油機裝車功率由1200馬力提高到1400馬力,首五臺機車並設有電阻制動裝置,稱為TEM2UMT型機車。1988年至2000年間,共生產了1084臺TEM2UM型機車。

  

  在車體結構上,TEM2型機車和TEM1型機車並沒有較大的改變,較明顯的差異在於司機室採用了垂直的側牆,不再採用TEM1型機車司機室側牆上部向上傾斜的設計,以方便司機瞭望。機車採用底架承載結構罩式車體,車體各項載荷全部由底架承擔,底架和車體重量通過旁承由兩臺三軸轉向架支承,牽引力和制動力通過心盤傳遞。車體採用外走廊式罩式結構,司機室位於車體中部。

  TEM2型機車裝用一臺ПД1型柴油機,是在2Д50型柴油機的基礎上,通過強化渦輪增壓器及中冷器,從而提高了輸出功率。該型柴油機為六氣缸、四衝程、帶廢氣渦輪增壓的直列式柴油機,氣缸採用直列式佈置,氣缸直徑為318毫米(121⁄2英寸),活塞行程為330毫米(13英寸),額定轉速略為提高到每分鐘750轉,額定功率從1000馬力提高到1200馬力,單位燃料消耗量為178～179克/有效馬力·小時。柴油機重量為16600公斤。

  TEM2型柴油機車採用直—直流電傳動,傳動系統主要由牽引發電機和牽引電動機組成。柴油機輸出軸直接傳遞功率給直流牽引發電機,然後供給兩臺轉向架上的六臺直流牽引電動機。機車採用一臺ГП-300型牽引發電機,設有八個主極和八個換向極,當發電機以額定轉速每分鐘750轉工作時,額定功率達到780千瓦,發電機總重5100公斤。首三臺機車(0001～0003)採用ЭДТ-340В型四極串勵脈流牽引電動機,持續功率為108千瓦,額定電壓為220伏,額定電流為590安培,額定轉速為每分鐘260轉,牽引齒輪傳動比為15:68。0004～0015號機車採用ЭД-104Б型牽引電動機,持續功率為113千瓦,額定電壓為208伏,額定電流為625安培,牽引齒輪傳動比為17:75;同時,改為採用具有八個執行級位的司機控制器。從1967年生產的0016號機車起,改為採用ЭД-107型牽引電動機,持續功率為112千瓦,額定電壓為215伏,額定電流為605安培。  不同於TEM1型機車對牽引電動機採用串—並聯換接進行調壓,TEM2型柴油機車採用了與TE3型柴油機車相同的調壓方式,每兩臺牽引電機串聯連線,三組牽引電機並聯連線。為了擴大機車的恆功率調速範圍,TEM2型機車能夠對牽引電機實施二級磁場削弱,削弱率分別為48%及25%。而機車的勵磁機、輔助發電機、空氣壓縮機、燃油箱等裝置均與TEM1型機車相同。

  在TEM2型柴油機車的生產過程中,布良斯克機械製造廠對其進行了持續的改進,主要技術改良包括:
TEM2型柴油機車()是蘇聯鐵路的調車柴油機車車型之一,也是蘇聯國內產量最大的鐵路機車車型之一,布良斯克機械製造廠設計製造,於1960年至1984年間累計生產了超過6200臺,至今仍然是俄羅斯鐵路的主力調車機車,與ChME3型柴油機車共同佔了俄羅斯調車柴油機車車隊的九成以上。