Від ТЕ3 тепловоз відрізнявся передатним числом тягового редуктора (66:26 замість 75:17), а від перших серій і конструкцією кабіни машиніста. Кабіна стала більш високою, світлою і більш звуконепроникною. Згодом вона стала використовуватися на всіх ТЕ3. Зміна передатного числа дозволила збільшити швидкість тривалого режиму з 20 до 25 км/год при одночасному зменшенні сили тяги. Спочатку проектна швидкість була визначена на рівні 140 км/год, однак за результатами експлуатації обмежена 100 км/год.
1957 за результатами тягово-експлуатаційних випробувань на лінії Москва — Ленінград в конструкцію було внесено низку додаткових змін, пов'язаних найперше з екіпажною частиною (ковзні опори кузова, ресорне підвішування із зменшеним тертям тощо). До кінця 1957 року було випущено 7 локомотивів серії. З 1956 по 1964 Харківський, а потім Луганський тепловозобудівний завод побудували 113 тепловозів ТЕ7.
Спочатку тепловози ТЕ7 обслуговували кур'єрські та швидкі поїзди на лінії Москва-Ленінград і Москва-Київ. Причому 650 км шляху з Москви до Ленінграду поїзд долав за 6 годин 20 хвилин. З літа 1963 тепловози серії стали водити пасажирські поїзди на інших маршрутах: Малоярославець — Київ — Жмеринка, Смоленськ — Мінськ — Брест, Мінськ — Вільнюс — Калінінград.
На 1 січня 1976 на залізницях СРСР перебували 225 секцій тепловозів серії ТЕ7, тобто всі, крім однієї секції.
Раков В. А. Тепловозы серии ТЭ3 и их разновидности // Локомотивы отечественных железных дорог 1956—1975. — Москва : Транспорт, 1999. — С. 143 - 144. — ISBN 5-277-02012-8.(рос.)
Прапорець вказує країну виготовлення. В дужках подано роки виготовлення. Курсивом вказано дослідні тепловози. Жирним виділено маневрові тепловози. Ширина колії: 1 — 750 мм, 2 — 1000 мм 3 — 1067 мм, 4 — 1435 мм.