总体结构和传动系统与TE136型机车保持相同，但由于柴油机的重量太大，机车采用了具有附加导向轮对的五轴转向架来分担重量。1990年，卢甘斯克机车制造厂按照苏联交通部的要求，开始试制双节式的2TE136型柴油机车。虽然在设计和制造过程中面临突如其来的苏联解体，但卢甘斯克工厂仍然根据原定的计划，在1992年制成了2TE136-0001号机车。2TE136型机车由两节结构完全相同的单司机室八轴机车联挂而成，每节机车的结构和TE136型机车相比并无太大差异，每节机车装用一台1-1Д49型柴油机，机车总功率为12