Die ТУ4 entstand für Schmalspurbahnen, die eine besonders geringe Achslast hatten. Dazu gehörten Torf- und Forstbahnen, die normalerweise in der für die Sowjetunion typischen Spurweite von 750 mm gebaut waren. Einige Loks waren für die Kapspur gebaut worden, die auf Kamtschatka verwendet wird. Im Zeitraum von 1961 bis 1972 wurden in der Maschinenfabrik Kambarka mehr als 3.200 Stück gebaut. Direkt nach dem Ende der Produktion der ТУ4 wurde die Produktion der ТУ6А gestartet, die sie später teilweise ersetzte. 