Отличается от ТГМ4 тем, что на нём уложен балласт только 3 тонны, при этом сцепной вес составлял 68т, вместо 80т у основного варианта тепловоза.
А также модификации ТГМ4 и ТГМ4А имеют разные осевые редуктора.
Первый опытный образец тепловоза ТГМ4А был изготовлен в 1971 году. Всего построено 2918 машин. В 1989 году начал изготавливаться под серией ТГМ4Л, где "Л" - значит лёгкий.
ТГМ4А и ТГМ4 оборудованы гидропередачами марки УГП750/202ПР2, приводящие в движение локомотив, при этом может обеспечиваться максимальная скорость:
на маневровых режимах - 27 км/час;
на поездных - 55 км.