Тепловозы серии ЧМЭ3 можно сегодня встретить в маневровой работе по всей сети железных дорог нашей страны. В коллекции ЦМЖТ России этот тепловоз представлен моделью, которая хранится в фондах музея, а также натурным образцом ЧМЭ3-786 на фондовой площадке «Пионерский Парк» в поселке Лебяжье.

Несмотря на все плюсы, предшественник – тепловоз серии ЧМЭ2 – имел недостаточную мощность и массу для маневров тяжелых грузовых составов. В связи с этим фактом на Чехословацком заводе ČKD Praha начинается проектировка более мощных тепловозов. В конце 1963 года было построено три опытных шестиосных локомотива с мощностью дизельного двигателя 1350 л.с., получивших обозначение ЧМЭ3 (чехословацкий маневровый с электрической передачей, 3-й тип). Эти локомотивы были направлены для работы на станцию Люблино Московской железной дороги. Начиная с 1965 года локомотивы серии ЧМЭ3 производятся серийно.
В 1971 году, в столетний юбилей завода ČKD Praha, был выпущен 1000-й тепловоз ЧМЭ3, а в октябре 1975 года был изготовлен 2000-й тепловоз этой серии, который был передан в депо Люблино Московской железной дороги, где уже работал ЧМЭ3-001. 3000-й тепловоз появился в 1979 году, 4000-й в сентябре 1982 года, 5000-й в ноябре 1985 года. Все эти тепловозы торжественно принимали и работали они в различных депо в Москве. Классическая серия ЧМЭ3 выпускались вплоть до 1987 года, после чего модификации ЧМЭ3М, ЧМЭ3Т, ЧМЭ3Э.

Всего для МПС СССР было построено 7459 тепловозов, последний въехал на пути нашей страны 31 декабря 1991 года.
После окончания выпуска многие тепловозы этой серии прошли ремонт и модернизацию в другие подвиды: ЧМЭ3П, ЧМЭ3К, ЧМЭ3Г. На них опытным путем устанавливались иные двигатели, а один из локомотивов (ЧМЭ3-1562) в 2019 году обрел «техническое зрение» - систему безопасности, оповещающую машиниста о препятствии на пути или запрещающем движение сигнале. В 2003 году два локомотива (ЧМЭ3-179 и ЧМЭ3-602) стали опытными аккумуляторные электровозами серии ЛАМ (локомотив аккумуляторный маневровый). С этих машин снят двигатель и топливный бак, а на освободившееся место установлены пять щелочных никель-кадмиевых аккумуляторных батарей.
Помимо масштабного заказа этих тепловозов для СССР, они строились и передавались на железные дороги Чехии, Словакии (классы 770 (T669.0) и 771 (T669.1), Албании (T669), Польши (S200), Ирака (DES3100), Сирии (LDE1500), Сербии. Сегодня их можно встретить на сети железных дорог России, а также в странах бывшего СССР. Так как локомотив выполнен в европейском габарите, и с возможностью замены тележки на колею 1435 мм, то часто можно встретить его на приграничных станциях в Белоруссии, Украине и Калининградской области. Помимо маневровой работы ЧМЭ3 часто используются как локомотивы на малодеятельных линиях.