Тепловоз 2ТЭ116У — модификация локомотива 2ТЭ116 с увеличенной до 3600 л. с. мощностью, изменённым кузовом и новой кабиной (по типу 2ТЭ126, 2ТЭ136) с установкой кондиционирования воздуха, микропроцессорной системой управления и диагностики (МСУ-ТП).
Индекс «У» означает «усовершенствованный». На ноябрь 2015 года выпущено 335 тепловозов. Из-за нахождения завода-производителя на Украине ОАО «РЖД» отказалось от закупки 2ТЭ116У в пользу 2ТЭ25КМ.
Основные изменения в механической части — удлинение секции с 18,15 м до 18,7 м, замена фрикционных гасителей колебаний на гидравлические, установка новой кабины, в связи с чем крыша стала ровной, без характерного излома. Установлены более мощный (2648 кВт/3600 лс) дизель-генератор, тиристорная выпрямительная установка М-ТПП-3600ДЛУ2[3] и более мощные тяговые двигатели ЭД-133 мощностью 414 кВт[4]. Тиристорная ВУ, управляемая МСУ-ТП, обеспечивает поосное регулирование тяги, улучшающее тяговые свойства.