Pierwszy egzemplarz wyprodukowano 19 lipca 1958. W toku produkcji lokomotywy te podlegały drobnym zmianom mechanicznym. Od lokomotywy nr TEM1-0270 zamieniono pochyłe w górnej części ściany budki maszynisty na pionowe, dla poprawy widoczności (jak w TEM2). Od lokomotywy nr 950 zaprzestano montowania zderzaków (lokomotywa posiadała sprzęg SA-3). Stopniowo masa służbowa produkowanych lokomotyw obniżyła się ze 126 do 120 ton, natomiast wzrosła prędkość maksymalna z 90 do 100 km/h. Od 1965 roku montowano ulepszony silnik 2D50M, o zmniejszonym zużyciu paliwa. Wyprodukowano ogółem 1946 sztuk, z tego 842 dla przemysłuK. Ignatow, Specjalno... s.36. W 1992 roku w krajach dawnego ZSRR jeździło ich jeszcze 541.
Następcą TEM1 była wywodząca się z niej lokomotywa TEM2, w której zastosowano m.in. nowy silnik i prądnicę.
Konstrukcja Silnik wysokoprężny 2D50, o mocy 1000 KM przy 740 obr./min, sześciocylindrowy z turbosprężarką, czterosuwowy, produkcji Zakładów Penzeńskich w Penzie. Średnica cylindrów 318 mm, skok tłoka 330 mm. Silnik miał masę 17 100 kg. Z wałem silnika połączona główna prądnica typu MPT-84/39 (jak w TE1), o mocy 700 kW (napięcie 580 V, maksymalne napięcie 900 V, natężenie prądu 1200 A). Lokomotywa wyposażona była ponadto w agregat ze wzbudnikiem MWT-25/9 (moc 3,6 kW) i pomocniczą prądnicą MWG-25/11 (moc 5 kW).