机车是为满足中国铁路货运“重载、提速”的需要，由四方机车车辆厂于1994年设计制造的双机重联干线货运用柴油机车，同年年底完成首台样车试制。东风4E型机车是在东风4B型柴油机车的基础上设计而成，实质上相当于两节固定联挂的东风4B型机车，两节单司机室机车通过微机控制重联装置实现同步控制，机车标称功率为2×2,700马力（2,000千瓦），是当时中国国内牵引功率最大的柴油机车。机车动力装置采用由四方机车车辆厂自行制造的16V240ZJB型柴油机，机车还采用了永济电机厂引进美国通用电气技术生产的ZD109A型牵引电