Celem wojskowym było stworzenie konstrukcji zdolnej do przerzutu ciężkiego sprzętu – od dział i moździerzy po rakiety Scud – na odległość 700–1500 km, czyli w zakresie niedostępnym dla ówczesnych śmigłowców. Maszyna otrzymała dwa turbowałowe silniki TW-2WK (ros. ТВ-2ВК), później zastąpione jednostkami D-25WK (ros. Д-25ВК), umieszczone na końcach skrzydeł. Napędzały one zarówno śmigła ciągnące, jak i – poprzez złożoną przekładnię – dwa wielołopatowe wirniki nośne. W 1957 r. pierwszy egzemplarz skierowano do prób statycznych w CAGI, natomiast prototyp przeznaczony do lotów ukończono w 1958 r. Po serii modyfikacji 20 kwietnia 1960 r. Ka-22 wykonał pierwszy lot po kręgu, zakończony awaryjnym lądowaniem spowodowanym uszkodzeniem łopaty wirnika.
W 1961 r. rozpoczęto intensywne testy, które doprowadziły do ustanowienia światowych rekordów. 7 października zarejestrowano rekord prędkości 356,3 km/h, a 24 listopada – rekord udźwigu, gdy Ka-22 podniósł 16 485 kg na wysokość 2557 m.
W trakcie kolejnych lotów ujawniły się problemy w układzie sterowania i układach przenoszących napęd. 28 sierpnia 1962 r. pierwszy z seryjnych Ka-22 rozbił się podczas przelotu z Taszkentu do Moskwy, co doprowadziło do śmierci siedmioosobowej załogi. 16 lipca 1964 r.