30 июня 1954 года вышло постановление СМ СССР, согласно которому ОКБ-156 А.Н.Туполева поручалось создание сверхзвукового бомбардировщика "105" с двумя ТРД типа ВД-5Ф. Ведущим конструктором по самолёту был назначен С.М. Егер (в 1959 году его сменил Д.С.Марков). К ноябрю 1954 было подготовлено несколько вариантов компоновки нового самолёта, в основе которых лежали попытки использовать удачную компоновку Ту-16.

15 августа 1955 года началось рабочее проектирование. По рекомендации ЦАГИ двигатели были перенесены в хвостовую часть и установлены над фюзеляжем. Вместо двигателей ВД-5Ф было решено использовать более мощные ВД-7М. Планёр первого прототипа был построен к августу 1957 года, но из-за задержек с поставками двигателей изготовление прототипа затянулось до лета 1958 года. Второй планёр был направлен в УАГИ для статических испытаний в ноябре 1957 года.

21 июня 1958 года экипаж Ю.Т. Алашеева впервые поднял его в небо. Всего на самолёте "105" было выполнено около 10 испытательных полётов. Ещё в ходе работ над проектом "105" в ОКБ начались поиски по его дальнейшему усовершенствованию. В августе 1957 года началось проектирование второго прототита - "105А". Основную ставку сделали на усовершенствование аэродинамики. Было вновь спроектировано крыло, фюзеляж в месте сопряжения с крылом был обжат в соотвествии с "правилом площадей".

17 апреля 1958 года вышло постановление СМ СССР, официально поручавшее ОКБ А.Н.Туполева спроектировать на базе самолёта "105" бомбардировщик Ту-22 и ракетоносец Ту-22К. К лету 1959 года завершилось изготовление прототипа "105А". 7 сентября он совершил первый полёт (экипаж Ю.Т.Алашеева). Не дожидаясь окончания испытаний, авиазавод №22 в Казани в августе 1959 года приступил к серийному производству самолётов Ту-22. Уже к концу года было построено 5 серийных самолётов. Первые 20 серийных самолётов приняли участие в испытаниях и доводках, которые продолжались несколько лет. В июле 1961 года 3 самолёта приняли участие в авиационном параде в Тушино. В декабре 1968 года самолёты Ту-22К, Ту-22Р, Ту-22П и Ту-22У принимаются на вооружение.

Ту-22 построен по аэродинамической схеме свободнонесущего низкоплана со стреловидным крылом (55° по передней кромке). Крыло двухлонжеронное кессонной конструкции. Механизация крыла состоит из внутренних двухщелевых закрылков и внешних элеронов-закрылков. Горизонтальное оперение стреловидное (58°41' по передней кромке), цельноповоротное. Фюзеляж типа полумонокок с гладкой работающей обшивкой. Шасси трёхопорное с носовой стойкой. Тележки основных стоек шасси убираются в гондолы на крыле. Силовая установка состоит из двух ТРД РД-7М (позже заменены на более мощные и надёжные РД-7М2). Двигатели установлены в хвостовой части в мотогондолах над фюзеляжем.

Экипаж располагался в герметичной кабине в носовой части фюзеляжа. Катапультирование производится вниз (из-за этого минимальная высота катапультирования ограничена 350 м). Для взлёта могут применяться пороховые ускорители, крепящиеся к центроплану. Для сокращения пробега при посадке используется двухкупольный тормозной парашют (по 52 м2 каждый).

В грузовом отсеке Ту-22К могут размещаться как бомбы (калибром до 9000 кг), так и ракеты. На доработанных (дальних) модификациях установливалось оборудования дозаправки топливом в воздухе типа "шланг-конус". Оборонительное вооружение состоит из кормовой управляемой пушечной установки ДК-20 с 23-мм пушкой Р-23.

Серийное производство Ту-22 продолжалось до декабря 1969 года. Всего было изготовлено 311 самолётов различных модификаций. В процессе серийного производства серийные самолёты различных модификаций постоянно дорабатывались. Был выполнен большой объём работ, прежде чем самолёт излечился от всех "детских болезней" (это произошло уже в 70-х годах). Несколько самолётов было поставлено на экспорт в Ирак и Ливию. Постановщики помех Ту-22ПД применялись в войне в Афганистане. Ливийские Ту-22Б принимали участие в вооружённом конфликте между Танзанией и Угандой (на стороне последней) в марте 1978 года, в гражданской войне в Чаде (на стороне правительственных войск) в 1979-1981 и 1986-1987 годах, в гражданской войне в Судане в 1984 и 1986 годах. Иракские бомбардировщики принимали участие в войне с Ираном 1980-1989 годов.

Работы над проектом дальнего ракетоносца "145" (Ту-22КМ, "ЮМ", "АМ", "45") в ОКБ А.Н.Туполева начались в 1965 году в инициативном порядке. Главным конструктором по самолёту был назначен Д.С.Марков (в 1992 году его сменил Б.Е.Леванович). Постановление СМ СССР по самолёту (№1098-378) появилось только 28 ноября 1967 года. Поскольку проектирование шло на "полулегальном" основании, тема на всех уровнях декларировалась как глубокая модернизация Ту-22К. В ходе работы было создано несколько промежуточных проектов. При этом конструкция самолёта всё дальше отходила от Ту-22 и в конце концов Ту-22М превратился в совершенно новую машину (от Ту-22 сохранился только бомбоотсек).

Разработка аэродинамической компоновки велась совместно с ЦАГИ. Первоначально за основу был взят проект самолёта "106Б". В качестве силовой установки было решено использовать 2 ДТРД НК-6 (позже НК-144), установленных над хвостовой частью фюзеляжа. Для улучшения взлётно-посадочных характеристик применили крыло изменяемой стреловидности.

В конце 1965 года проект был переработан с целью устранения недостатков, присущих семейству Ту-22. Мотогондола была поднята выше над фюзеляжем, изменена форма киля и стабилизатора, перекомпонована кабина экипажа. Из всех вариантов остался только ракетоносец (при этом отказались от бомбардировочного оборудования). В 1967 году по настоянию ЦАГИ (были проведёны соответствующие исследования) двигатели перенесли в хвостовую часть фюзеляжа. При этом воздухозаборники стали располагаться по бокам фюзеляжа, изменилась компоновка фюзеляжа (в частности размещение топливных баков), крыло опущено и самолёт стал среднепланом. Воздухозаборники первоначально оснащались полуконусами по типу Ту-128, но позже от них отказались. Так как предполагалось значительное увеличение дальности, в состав экипажа ввели второго пилота.

Ту-22М построен по аэродинамической схеме свободнонесущего среднеплана со крылом изменяемой стреловидности. Стреловидность крыла изменяется плавно от 20° до 60° (на Ту-22М3 - до 65°) с фиксацией в любом промежуточном положении. Механизация крыла состоит из предкрылков вдоль всей передней кромки, элевонов и трёхсекционных щелевых закрылков, перед которыми установлены трёхсекционные интерцепторы. Фюзеляж типа полумонокок. Шасси убирающееся, трёхопорное, с носовой стойкой. Силовая установка состоит из 2 ДТРДФ НК-22 (на самолётах первых серий НК-144-22, на Ту-22М3 - НК-25). Воздухозаборники с вертикальным клином (на Ту-22М3 - с горизонтальным) расположены по бокам фюзеляжа. Запас топлива размещается в интегральных баках в средней части фюзеляжа. В хвостовой части имеются узлы подвески 2 стартовых твердотопливных ускорителей.

Кабина экипажа оборудована катапультными креслами КТ-1 (катапультирование производится вверх), за кабиной в специальном отсеке размещён надувной спасательный плот. В носовой части установлена РЛС большой мощности ПНА. Первоначально самолёты оснащались оборудованием дозаправки топливом в полёте (демонтировано по договору ОСВ-2).