Początkowo większość lokomotyw trafiła na koleje leśne i przemysłowe w mało zamieszkałych południowo-wschodnich rejonach ZSRR, głównie na terenie republik kazachskiej i rosyjskiej. Trafiały następnie także do republik: estońskiej, łotewskiej, litewskiej i ukraińskiej. Ujemną stroną lokomotywy był duży nacisk na oś (8 ton), uniemożliwiający stosowanie na licznych liniach. Dlatego wiele z nich było przenoszonych na koleje dziecięce (DŻD) (łącznie z oboma egzemplarzami TU1). Sprzyjała temu też konstrukcja lokomotywy, podobna do większych szerokotorowych spalinowozów i pozwalająca dzięki temu na nabywanie praktyki. W miarę upływu czasu, koleje dziecięce w krajach byłego ZSRR stały się głównymi użytkownikami TU2. Liczne z nich są używane do tej pory (w 2006 istniało 96 lokomotyw).
Konstrukcja Lokomotywa ma nadwozie typu wagonowego, z dwiema kabinami maszynisty na obu końcach. Nadwozie opiera się na dwóch dwuosiowych wózkach (układ osi Bo’Bo’), na których też znajdują się sprzęgi i centralne zderzaki. Napęd lokomotywy stanowi silnik wysokoprężny 1D12 (1Д12), w układzie V12, o mocy maksymalnej 300 KM (242 kW) opracowany na bazie silnika czołgowego Barnaulskiej Fabryki Maszyn (Barnaultransmasz), używany także w innych typach lokomotyw.