В конце 1982 года производственное объединение «Ворошиловградтепловоз» (ВЗОР) совместно с Электротяжмаш (поставлял тяговые генераторы и электродвигатели) построило опытный тепловоз 4ТЭ130-0001. Новый тепловоз имел такие же кузова, раму, тяговый агрегат и реостатное торможение, как на тепловозах 2ТЭ121, а дизельный двигатель 5-5Д49 являлся модификацией применённого на них двигателя 2В-5Д49. Тележки же были как на 2ТЭ116, то есть 4ТЭ130 по конструкции представляет собой промежуточное звено от 2ТЭ116 к 2ТЭ121. Фактически прототипом 4ТЭ130 можно рассматривать выпущенные за год до него двухсекционные тепловозы 2ТЭ116А. Кабины машиниста располагались в крайних секциях, а в промежуточных стояли лишь небольшие пульты для проведения манёвров.
В 1983 году 4ТЭ130 был подвергнут заводским испытаниям, а в 1984 году прошёл межведомственные испытания, причём точные данные о их результатах весьма противоречивы. Так, согласно заводским данным, испытания были завершены успешно, и по их результатам была выдана рекомендация о подготовке производства установочной партии для Байкало-Амурской магистрали. Согласно версии В. А. Ракова, 4ТЭ130 не полностью отвечал климатическим условиям для работы в Сибири. Как бы то ни было, 4ТЭ130 на БАМе не эксплуатировался, и тепловозы данной серии больше не выпускались. Вместо этого, тепловоз был разделён на два двухсекционных тепловоза, которым присвоили обозначения 2ТЭ130-0001 (секции А и Б) и 2ТЭ130-0002 (секции В и Г). Промежуточные секции при этом были оборудованы кабинами машиниста, хотя и была сохранена возможность управления всеми четырьмя секциями, как на изначальном тепловозе. 2ТЭ130 были направлены для эксплуатации в локомотивное депо Красный Лиман (Донецкая железная дорога), а впоследствии переведены в локомотивное депо Попасная. Начавшееся сложное экономическое положение в стране привело к тому, что ремонт этих уникальных тепловозов стал довольно затратным. В 1990-х годах тепловозы 2ТЭ130 были списаны и разделаны на металлолом.