Nach Einführung der Güterzuglokomotive ТЭ10 (TE10) erkannte man, dass für die schweren Züge eine deutlich leistungsstärkere Lokomotive nötig war. Somit schuf man Doppellokomotiven, indem man zwei ТЭ10 mit jeweils nur einem Führerstand nahm und diese fest gekuppelt einsetzte, wodurch die 2ТЭ10 entstand. Sie verfügte weiterhin pro Abschnitt über sechs Achsen und einen 3.000 PS starken Zehnzylinder-Gegenkolben-Zweitakt-Diesel. Gegenüber dem Einsatz von zwei konventionellen Lokomotiven sparte man so die Kosten für zwei Führerstände.
Nach 26 ТЭ10 wurden ab 1960 insgesamt nur 19 2ТЭ10 gebaut. Die Massenproduktion begann 1961 mit der 2ТЭ10Л (2TE10L). Diese war in einigen Punkten verbessert und wurde 3.192 Mal gebaut. Die nächste Variante war die 2ТЭ10В (2TE10W), von der ab 1975 1.898 Paare gebaut wurden. Ab 1981 folgten dann 3.688 2ТЭ10М (2TE10M).
Die letzte große Variante war die 2ТЭ10У (2TE10U), die 1989 eingeführt wurde. Die wichtigste Änderung bei dieser Variante war der überarbeitete Motor des Typs 10Д100M2, der einige Verbesserungen bei der Kraftstoffeffizienz mit sich brachte. Bis 1996 wurden 655 Exemplare gebaut, davon 100 der Variante 2ТЭ10УT (2TE10UT). Diese waren für den Personenverkehr vorgesehen und hatten eine Höchstgeschwindigkeit von 120 statt 100 km/h.
Um die Leistung der Lokomotiven weiter zu steigern, wurden von mehreren Generationen der 2ТЭ10 drei- und vierteilige Varianten gebaut, wodurch die 3ТЭ10 und 4ТЭ10 entstanden. Die Mittelsektionen hatten nur einen Hilfsführerstand und konnten nicht allein zum Ziehen eines Zuges verwendet werden. Von allen Varianten wurden 719 3ТЭ10 und 25 4ТЭ10 gebaut.
Insgesamt wurden von allen Varianten mehr als 10.000 Stück gebaut. Die meisten der ursprünglichen 2ТЭ10 wurden bereits in den 80er Jahren ausgemustert und größtenteils durch im Wesentlichen dieselben Lokomotiven in einer moderneren Variante ersetzt. Einige der neuesten Varianten erhielten im 21. Jahrhundert sogar neue Viertaktmotoren. Einige waren um 2020 noch im Einsatz und werden höchstwahrscheinlich sogar noch jahrelang im Einsatz bleiben. Je nach aktuellem Wartungszustand sind bei diesen Lokomotiven starke schwarze Rauchentwicklung ein häufiger Anblick.