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 (у № 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 перенесённой из заднего капота аккумуляторной батареей по бокам топливного бака.