ТГМ4 є тепловозом ТГМ3 з новим двигуном — чотиритактним шестициліндровим дизельним двигуном 211Д-1 (6ЧН 21/21) з надувом та безпосереднім впорскуванням палива. На тепловозі ТГМ4 встановлений баласт масою 15 тонн. Перший дослідний екземпляр був побудований 1973, з 1974 по 1990 було побудовано 2659 локомотивів ТГМ4.
Модифікації
ТГМ4А
Тепловоз ТГМ4А-1993 на під'їзних шляхах «Дніпрошина»
Має баласт 3 тонни, при цьому зчіпна маса становить 68 т, замість 80 т у основного варіанту тепловоза. Перший дослідний зразок ТГМ4А був виготовлений 1971, з 1971 по 1989 було побудовано 2918 локомотивів. 1989 почав випускатись під назвою ТГМ4Л, де «Л» — означає легкий.
ТГМ4Б
Інформація в цьому розділі застаріла. Ви можете допомогти, оновивши її. Можливо, сторінка обговорення містить зауваження щодо потрібних змін.(квітень 2016)
Тепловоз ТГМ4Б-0243
Глибоко модернізований тепловоз, створений на базі ТГМ4 та уніфікований з ТГМ6Д. Встановлений новий двигун 211Д3М потужністю 814 к.с., при цьому конструкційна швидкість зросла з 55 км/год до 65 км/год. Випускається з 1989, станом на вересень 2013 було побудовано 1072 локомотиви. З 985-го номера виготовляється на безщелепних візках.
ТГМ4БЛ
Тепловоз ТГМ4Б зі зменшеною до 68т зчіпною масою. В невеликих кількостях виготовлявся на експорт, На початку 1990-их вісім тепловозів ТГМ4БЛ були виготовлені в тропічному виконанні для експорту на Кубу, але не були відправлені замовнику. Пізніше вони були перероблені для використання в кліматичних умовах середніх широт та продані промисловим підприємствам СНД, але залишені з кубинською серією 37.
Прапорець вказує країну виготовлення. В дужках подано роки виготовлення. Курсивом вказано дослідні тепловози. Жирним виділено маневрові тепловози. Ширина колії: 1 — 750 мм, 2 — 1000 мм 3 — 1067 мм, 4 — 1435 мм.