Работы по созданию самолета с крылом изменяемой геометрии были начаты в 1965 г. Первый полет самолет совершил 30 августа 1969 г.

Созданы следующие модификации.

Ту-22М-0 (Ту-22МКМ) — опытный самолет. Глубокая модернизация Ту-22. Двигатели опущены в хвостовую часть фюзеляжа, а регулируемые воздухозаборники размещены по его бокам. Основные стойки шасси убирались в фюзеляж. Установлено крыло изменяемой стреловидности. Отсутствовало оборонительное вооружение.

Ту-22М-1 — малосерийный самолет. Установлено оборонительное вооружение Изменена конфигурация воздухозаборников.

Ту-22М-2 — серийный дальний бомбардировщик. Принят на вооружение в 1976 г. Установлены двигатели ТРДДФ НК-22. Вооружение состоит из одной УР Х-22 под фюзеляжем в полуутопленном положении и двух (в перегрузочном варианте — трех) УР Х-22 под крылом, предназначенных для уничтожения крупных морских целей или РЛС противника.

Ту-22М-3 — серийный дальний бомбардировщик. Самолет принят на вооружение в 1981 г. Оснащен двумя двухконтурными турбореактивными форсированными двигателями НК-25 со взлетной тягой 25000 кгс и воздухозаборниками, напоминающими по конструкции воздухозаборник самолета МиГ-25. Запуск двигателя на земле осуществляется автономно от вспомогательной силовой установки. В полете в случае выхода из строя одного из двигателей самолет может продолжить полет на втором. В форкиле размещается вспомогательная силовая установка ТА-6, обеспечивающая запуск двигателей и электропитание бортового оборудования независимо от аэродромных источников.

В соответствии с Договором об ограничении стратегических вооружений, подписанным между СССР и США, Ту-22М-3 лишили системы дозаправки в воздухе, американцы согласились не причислять его к классу стратегических бомбардировщиков. В связи с этим для размещения топлива используются все резервы планера. Помимо восьми фюзеляжных баков топливо заливается в семь кессон-баков в крыле, фюзеляже и киле. Для предотвращения взрыва паров топлива в баках при их пробитии применяется система наддува нейтрального газа.

Защита экипажа обеспечивается за счет экранирования элементов конструкции и оборудования, применения для остекления кабины ударопрочных стекол.

Бортовое оборудование Ту-22М-3 — пилотажно-навигационный комплекс, РЛС большой мощности для обнаружения наземных и морских целей, оптико-телевизионный бомбардировочный прицел-автомат ОПБ-15, автоматическая бортовая система управления и система управления ракетным оружием — обеспечивает автоматизированное решение навигационных, прицельных и пилотажных задач при полете по заранее запрограммированной или оперативно введенной программе, а также бомбометание и пуск ракет, активную и пассивную системы РЭБ. Связь обеспечивается двумя УКВ-радиостанциями Р-832М, одной КВ-радиостанцией Р-846 и засекречивающей аппаратурой связи.

Комплекс вооружения Ту-22М-3 размещен внутри фюзеляжа и на четырех точках внешней подвески и включает до десяти управляемых КР класса «воздух-поверхность», «воздух-корабль», «воздух-РЛС», бомбы и авиационные мины общей массой до 24000 кг. Смешанный вариант подвески вооружения включает до 3000 кг бомб в бомбоотсеке и одну УР Х-22 на наружной подвеске.

Для защиты задней полусферы ракетоносца от атак истребителей в кормовой части фюзеляжа установлена пушечная установка калибра 23 мм (двуствольная пушка ГШ-23М с вертикальным блоком стволов и увеличенной скорострельностью до 4000 выстр./мин).

Ту-22МР — разведывательный самолет. Оснащен комплексом соответствующей аппаратуры.

Базовый самолет представляет собой цельнометаллический моноплан с низкорасположенным крылом и однокилевым хвостовым оперением. Его высокие летно-технические характеристики обусловливаются совершенной аэродинамической компоновкой планера и высокомеханизированным крылом с изменяемой стреловидностью от 20 до 65°. По всему размаху крыла на передней кромке установлены предкрылки. На задней кромке имеются трехсекционные закрылки, перед которыми находятся интерцепторы, и элевоны.

Шасси трехопорное. Основное шасси трехосное, шестиколесное, носовое — одноосное, двухколесное.

Члены экипажа размещены попарно (два пилота в передней кабине, штурман-навигатор и штурман-оператор систем вооружения в задней), с доступом через индивидуальные люки сверху. Для аварийного покидания самолета в кабинах установлены кресла КТ-1, катапультирующие с нулевой высоты до практического потолка. Катапультирование может быть как принудительным для всех, так и индивидуальным, когда любой член экипажа самостоятельно и в разное время покидает самолет.

Комплект оборудования включает: РЛС «ПНА», обеспечивающую обнаружение наземных и морских целей; оптический бомбардировочный прицел с ТВ-каналом; инерциальную навигационную систему.

Самолет может быть оборудован системой дозаправки топливом в полете — «шланг-конус» (на Ту-22М-3 демонтирован в соответствии с условиями договора ОСВ-2). Экипаж, состоящий из четырех человек, размещается в катапультных креслах КТ-1. Имеется комплекс РЭП.