Wariant ten charakteryzował się nowymi silnikami NK-25, bardziej efektywnym uzbrojeniem i wyposażeniem awionicznym (w NK-25 wyposażona była też wersja Tu-22M2Je, co jednak nie poprawiło jej osiągów) oraz większym maksymalnym skosem skrzydeł (65 stopni). Konstruktorzy postanowili również zmienić układ wlotów powietrza do silników – stosowane dotychczas rozwiązanie w postaci powiększonych w stosunku do znanych z Tu-28, bocznych kanałów z centralnymi stożkami generowało trudne w kompensacji, niesymetryczne siły aerodynamiczne – zastąpiono je wydłużonymi wlotami prostokątnymi z klinami. Ogółem w latach 1971–1997 zakłady KAPO im. Gorbunowa w Kazaniu wyprodukowały 497 egzemplarzy wszystkich odmian samolotu Tu-22M, z czego 222 egzemplarze Tu-22M3, w tym rozpoznawcze Tu-22MR oraz Tu-22MP przeznaczone do walki radioelektronicznej.
Opis techniczny Tu-22M wszystkich serii to dwusilnikowe, czteromiejscowe samoloty bombowe średniego zasięgu. Ich konstrukcja opiera się na zastosowaniu kadłuba nośnego o konfiguracji prostopadłościennej na całej jego długości oraz skrzydeł o zmiennym skosie (podobnie jak w amerykańskim General Dynamics F-111 Aardvark). Konstrukcja o układzie dolnopłata, całkowicie metalowa.