11 lipca 1951 roku Rada Ministrów ZSRR poleciła Tupolewowi zbudowanie dwóch prototypów bombowca z preferowanym przez niego napędem turbośmigłowym, w wariantach z silnikami 2TW-2F i TW-12. 15 lipca rozpoczęto prace nad projektem wstępnym i jednocześnie władze zdecydowały o produkcji seryjnej nieistniejącej jeszcze maszyny. W sierpniu 1951 roku lotnictwo przedstawiło wymagania taktyczno-techniczne, w tym praktyczny zasięg 15 000 km i prędkość przelotową 820 km/h. Projekt wstępny ukończono we wrześniu, a makietę samolotu zatwierdzono 31 października 1951 roku, po czym przystąpiono do opracowania dokumentacji projektowej i budowy prototypu. Głównym konstruktorem samolotu w biurze Tupolewa OKB-156 był N. Bazienkow. Samolot charakteryzował się smukłym kadłubem i gondolami silników o małym oporze aerodynamicznym oraz skośnym skrzydłem o skosie przy kadłubie 35°. Przy konstrukcji kadłuba wykorzystano prace nad projektem Tu-85. Główną różnicą układu konstrukcyjnego w stosunku do Tu-85 było zastosowanie skośnego skrzydła, dla osiagania większej prędkości, co zarazem dzięki jego przesunięciu do przodu pozwoliło na zastosowanie jednej dużej komory bombowej, niedzielonej przez dźwigary skrzydła.