| Передача мощности | электрическая постоянного тока |
| Род службы | вывозной и маневровый |
| Тяговая мощность | 736 кВт |
| Конструкционная скорость | 95 км/ч |
| Служебная масса | 123 т |
| Дизель | K6S310DR |
| Наименьший радиус проходимых кривых | 80 м |
| Длина по осям автосцепок | 17 220 мм |
| Ширина | 3150 мм |
| Высота без антенны | 4630 мм |
Недостаточная мощность и сцепной вес ЧМЭ2 для маневровой работы с грузовыми поездами привели к необходимости проектирования и постройки на заводах «ЧКД-Прага» более мощных тепловозов. Было принято решение о постройке для железных дорог Советского Союза шестиосных маневровых тепловозов с электрической передачей. В конце 1963 года построено три опытных локомотива, получивших обозначение ЧМЭ3.
Был доработан дизель: мощность увеличена с 750 л. с. на ЧМЭ2 (модель 6S310-DR) до 1350 л. с. (модель K6S310DR).
В Советском Союзе опытные тепловозы ЧМЭ3 были направлены на маневровую работу на станцию Люблино Московской дороги. С 1965 года заводы ЧКД-Прага начали серийное изготовление ЧМЭ3 для поставки в СССР.
В дальнейшем в конструкцию тепловоза вносились отдельные изменения, например, было введено устройство для управления одним человеком. С номера 3775 изменили высоту крыши кабины — она стала на уровне капотов.
В 1971 году в столетний юбилей предприятий ЧКД-Прага был изготовлен тысячный тепловоз ЧМЭ3, а в октябре 1975 года пражский завод поставил двухтысячный ЧМЭ3. Тепловоз ЧМЭ3-2000 был также направлен в локомотивное депо Люблино Московской дороги, где с 1965 года уже работал ЧМЭ3-001. В июле 1979 года завод изготовил трехтысячный тепловоз (поступил в локомотивное депо Москва-Сортировочная), в сентябре 1982 года — четырехтысячный (депо Люблино) и, наконец, в ноябре 1985 года в депо им. Ильича (Москва) торжественно был принят пятитысячный тепловоз.
Тепловозы ЧМЭ3 выпускались по 1987 год включительно. Затем начался выпуск их модификаций ЧМЭ3М, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э.
Всего было построено для СССР 7454 тепловоза ЧМЭ3 с учетом их модификаций — ЧМЭ3Э (с электронными блоками в цепях управления, строившихся с 1987 по 1989 год) и ЧМЭ3Т (с электродинамическим тормозом, строившихся с 1984 по 1991 год).
В 1991 году первый экземпляр серии ЧМЭ3 № 0001 был передан в железнодорожный музей на Варшавском вокзале Санкт-Петербурга.
Последний тепловоз ЧМЭ3Т7454 для МПС СССР пересек границу 31 декабря 1991 года. После развала СССР и СЭВа завод «ЧКД Прага» не получил ни денег за последнюю партию ЧМЭ3Т, ни новый заказ из России.
В 1992 году Украина заказала еще пять ЧМЭ3Т с номерами 7455-7459, но купили только два — 7455 и 7456 (1994 г. в.) — они поступили в эксплуатацию в киевское депо Дарница (Юго-Западная железная дорога). 7457-й оказался в Ярославле на одном из предприятий, а последние 7458 и 7459 ушли в Эстонию (1994 г. в.) в депо Таллинн.
Так как локомотив выполнен в европейском габарите, многие тепловозы использовались и используются на евроколее в приграничных районах, где переплетаются пути 1520 и 1435 мм — в частности, на станциях Гродно, Брест, Свислочь.
С 1987 года начался выпуск тепловозов ЧМЭ3Э. На тепловозах ЧМЭ3Э так же, как и на ЧМЭ3Т, установленно электронное оборудование, обеспечивающее реализацию
максимальной мощности дизеля на низкой частоте вращения вала, которого не было на тепловозах ЧМЭ3, но не установлен реостатный тормоз.
В 1987—1989 годах осуществлялась поставка тепловозов серии ЧМЭ3Э. В 1987 году опытный ЧМЭ3Э № 5932 поступил в СССР. В 1988 году была поставлена уже опытная
партия из 25 локомотивов (№ 6220—№ 6244). В 1989 году было поставлено 220 шт. (№ 6665—№ 6884).
Внешне тепловоз никаких особых отличий от ЧМЭ3 не имеет.
В 1984 году завод «Локомотивка-Соколово» построил два опытных тепловоза ЧМЭ3Т с реостатным (электродинамическим) торможением (№ 4385 и № 4596)
и электронным оборудованием для реализации максимальной мощности дизеля на низкой частоте вращения вала. В остальном конструкция практически идентична ЧМЭ3.
Масса тепловоза ЧМЭ3Т - 123 т, номинальная мощность - 1350 л. с. и максимальная скорость такие же, как у тепловоза ЧМЭ3. Положительные результаты испытаний первых экземпляров
стали основанием для выпуска в 1985 году опытной партии из 20 тепловозов ЧМЭ3Т, а затем и начала их серийного производства. Всего на железных дорогах
бывшего СССР работает 1167 локомотивов серии ЧМЭ3Т.
Внешне от стандартного ЧМЭ3 не отличается, за исключением оборудования реостатного тормоза на крыше (№ 5070-№ 5089) или небольшого квадратного возвышения
на заднем капоте (выхлоп тормозного реостата) и заборных жалюзи с левой стороны капота (воздухозабор тормозного реостата) у № 5482-№ 5531, № 5784-№ 5882, № 6000, № 6245-№
6664, № 6885-№ 7459), а также отсеками с перенесенной из заднего капота аккумуляторной батареей по бокам топливного бака.
Чешская фирма CZ LOKO a. s. разработала проект модернизации тепловозов серии ЧМЭ3. Фактически от старой машины остается рама и тележки, заменяется кузов и кабина, ставится дизель «Caterpillar» с тяговым генератором «Siemens»; заменены также все силовые и вспомогательные агрегаты и механизмы. На Украине такой модернизированный тепловоз получил серию ЧМЭ3П (в данном случае «П» — значит проходил модернизацию на ПТРЗ) ЧМЭ3П-1744 приписки ТЧ-6 Попасная; в Литве серию ЧМЭ3МЕ (ТЧ-2 Радвилишкис) в Латвии серию ЧМЭ3М.
CZ LOKO a. s. для БЧ предоставила технологию изготовления, а Лидское депо взялось за проект модернизации тепловозов ЧМЭ3 с присвоением новой серии ТМЭ. Работы ведутся в двух направлениях. В случае ТМЭ1 от старого тепловоза фактически остаются только рама и тележки. Устанавливается дизель-генератор LOCAT 3512/631 «Caterpillar» (с тяговым генератором «Siemens») мощностью 1455 кВт, а также новая кабина с кондиционером, термоблок для продуктов питания и умывальник. В случае ТМЭ2 — все аналогично, но устанавливается менее мощный дизель-генератор LOCAT 3508/631 «Caterpillar» мощностью 920 кВт. Такие тепловозы будут работать на станциях с небольшой загрузкой. По планам в 2011–2014 годах на Белорусской железной дороге планируется модернизировать 49 маневровых тепловозов. В том числе, в 2011 году изготовили их 12: девять — серии ТМЭ1 и три — серии ТМЭ2.
В настоящее время локомотивы серии ЧМЭ3 работают во всех локомотивных депо Белорусской железной дороги.
На сортировочной горке станции Барановичи-Центральные для увеличения сцепного веса тепловозы работают с бустерными секциями, сделанными из тепловозов ТЭ3. Эти секции получили обозначение ЧМЭ3Б.
Маневровый тепловоз ЧМЭЗТ-6925 «Николай Новицкий» (постановление № 39/4 от 5 апреля 1977 года) приписан к локомотивному депо Могилев.
Маневровый тепловоз ЧМЭЗТ-7112 «Сергей Коваленко» (постановление № 26/18 от 7 марта 1978 года) приписан к локомотивному депо Могилев.
Маневровый тепловоз ЧМЭЗ-2597 «Аким Чумаков» (постановление № 31/19 от 18 апреля 1978 года) приписан к локомотивному депо Осиповичи.
