Эскизное проектирование нового танка было поручено факультету моторизации и механизации Военно-технической академии им. Ф. Дзержинского, а также созданному 28 января 1931 года танко-тракторному конструкторскому бюро ВОАО. Оба проекта были готовы к июлю того же года. По результатам их сравнения руководством Управления моторизации и механизации был выбран имевший индекс Т-28 проект конструкторского бюро ВОАО, основными разработчиками которого были начальник бюро С. Гинзбург, его заместитель В. Заславский и инженеры-конструкторы О. Иванов и А. Гаккель.
28 сентября 1931 года Управление моторизации и механизации заключило с ВОАО договор на изготовление рабочих чертежей и сборку двух опытных образцов Т-28 к 1 мая 1932 года. Первый прототип танка, получивший наименование Т-28-1, из неброневой стали был закончен в мае и совершил первый испытательный пробег 29 мая 1932 года. От начального проекта прототип отличался установкой более мощного двигателя М-17, а также установкой 37-мм пушки ПС-2 вместо 45-мм, поскольку последняя всё ещё не была готова к тому времени. 11 июня 1932 года Т-28 был продемонстрирован командованию Управления моторизации и механизации РККА. Танк в целом получил положительную оценку, однако военные потребовали установки на него, начиная уже со второго опытного образца, дизельного двигателя ПГЕ, находившегося в то время в разработке, и 76-мм пушки ПС-3. С учётом этих замечаний, а также результатов испытаний первого прототипа, проект Т-28 был в августе — сентябре 1932 года кардинально переработан — в большей или меньшей степени изменены были почти все узлы и системы танка, за исключением лишь двигательной установки, поскольку указанный дизель так и не был доведён до приемлемого уровня. После этого в конце октября 1932 года, даже не дожидаясь изготовления опытного образца, Советом труда и обороны СССР было принято решение о серийном производстве танка.
Т-28 представлял собой средний танк классической трёхбашенной компоновки с двухъярусным расположением вооружения. Моторно-трансмиссионное отделение находилось в кормовой части танка, а отделение управления, совмещённое с боевым — в лобовой. Танк имел противопульное бронирование. Экипаж танка состоял из шести человек: механика-водителя; командира, выполнявшего также функции стрелка из башенного пулемёта и заряжающего пушки; радиста, выполнявшего также функции второго заряжающего; наводчика и двух стрелков пулемётных башен.
Корпус танка — коробчатой формы, полностью сварной (из гомогенной брони) или клёпано-сварной (из цементированной брони). Корпус собирался из катаных бронелистов толщиной от 13 до 30 мм, сваренных между собой встык. Для увеличения обзора механика-водителя и уменьшения мёртвого пространства перед танком передняя часть корпуса была скошена. В целях увеличения защищённости стыки верхнего переднего наклонного, лобового вертикального и переднего листа днища прикрывались дополнительными наугольниками.
Функционально корпус делился на четыре отделения: управления, боевое, силовое и отделение силовой передачи. Боевое отделение отгораживалось от моторного перегородкой с люком для доступа к двигателю.
Сверху к переднему наклонному листу между пулемётных башен приваривались вертикальные стенки верхней части кабины механика-водителя. Спереди кабина прикрывалась откидной бронедверцей с открывающимся вверх лючком. Лючок имел смотровую щель, закрывавшуюся триплексом. Сверху кабина закрывалась ещё одним люком, облегчавшим посадку механика-водителя.
Снаружи корпуса по обоим бортам напротив боевого отделения крепились ящики для приборов дымопуска.
К днищу корпуса вдоль моторного отделения была приварена рама двигателя, первичной передачи вентилятора и КПП. Рама для прочности укреплялась двумя подкосами с каждой стороны, служившими одновременно опорой для радиаторов. Справа и слева от подмоторной рамы в отделении трансмиссии располагались вертикальные ниши для бензобаков.
На крыше моторного отделения имелся откидной люк с колпаком воздухозаборника посередине. Справа и слева от люка имелись жалюзи, обеспечивающие доступ воздуха к радиаторам. За моторным отделением на крыше устанавливался глушитель, прикрытый дополнительным бронещитком.
Над трансмиссионным отделением в съёмном бронелисте устанавливался вентилятор, прикрытый сверху бронеколпаком с жалюзи, конфигурация которых также различалась в зависимости от года выпуска танка.
В днище корпуса имелось 7 лючков для доступа к различным агрегатам двигателя и трансмиссии, а также люк экстренной эвакуации экипажа через днище.
Башни танка размещались в два яруса. На первом располагались две малые пулемётные башни, на втором — главная башня с пушечным вооружением.
Как и корпуса, главные башни выпускались двух типов — сварные и клёпано-сварные. По конструкции главная башня была идентична главной башне тяжёлого танка Т-35. Башня имела эллиптическую форму с развитой кормовой нишей и собиралась из катаных бронелистов толщиной 15—20 мм. Крыша башни была усилена рёбрами жёсткости, выполненными в форме выштамповок в виде большой звезды и двух полос с закруглёнными краями. Первоначально в крыше башни имелся один прямоугольный люк, который в 1936 году был заменён двумя — круглым люком наводчика с установкой под зенитную турель и прямоугольным люком командира. В передней части крыши башни имелось два отверстия для перископических приборов, защищённых бронеколпаками, в задней части справа — отверстие антенного ввода. Снаружи башни по бортам на восьми кронштейнах могла крепиться поручневая антенна. На правой и левой стенках башни имелись смотровые щели, закрытые триплексами, и под ними — амбразуры для стрельбы из личного оружия, закрываемые бронезадвижками.
В передней части башни на цапфах устанавливалась 76,2-мм пушка, справа от неё в независимой шаровой установке помещался пулемёт ДТ. В задней стенке кормовой ниши башни имелась вертикальная щель для бугельной установки пулемёта, вместо которой с 1936 года была введена стандартная шаровая установка. Кроме того, на правой стенке ниши размещалась радиостанция. Для удобства экипажа главная башня снабжалась подвесным полом, приподнятым над днищем корпуса и закреплённым к погону башни четырьмя кронштейнами. Сверху пол был прикрыт резиновым рифлёным листом. Справа и слева от пушки устанавливались высокие сидения командира и наводчика (соответственно), имевшие на своих стойках вращающиеся боеукладки барабанного типа на 6 снарядов каждая. Между сидениями со сдвигом к передней части башни устанавливалась стойка на 8 снарядов и шесть магазинов к пулемётам. На задней стойке подвесного пола шарнирно крепилось откидное сидение радиста (он же заряжающий).
Башня имела круговое вращение. Механизм поворота башни оснащался электрическим и ручным приводами.
Малые пулемётные башни также были идентичны по конструкции пулемётным башням Т-35. Обе башни были одинаковы по своему устройству, круглые, с выступом в передней части для шаровой установки пулемёта, и различались только размещением смотровых щелей и амбразур для стрельбы из личного оружия. Вооружались башни одним пулемётом ДТ. Привод поворота башни — ручной. Каждая башня могла вращаться от упора в стенку кабины механика-водителя до упора в стенку корпуса танка, горизонтальный угол обстрела пулемёта при этом составлял 165°. Стрелок размещался на поворотном сидении регулируемой высоты, установленном на днище корпуса. Для посадки стрелка в крыше башни имелся один большой люк прямоугольной формы с закруглением вверху.
Применение танков Т-28 в Зимней войне выявило недостаточность их бронирования, в результате чего была разработана схема дополнительного экранирования танка. Танки экранировались в заводских условиях методом приваривания дополнительных бронелистов толщиной 20—30 мм к корпусу танка и башням. Экранирование позволило довести толщину брони лобовых частей корпуса танка до 50—60 мм, а башен и верхней части бортов — до 40 мм.
Основным вооружением Т-28 являлась 76,2-мм танковая пушка. Изначально танки вооружались пушкой модели КТ-28 («Кировская танковая») образца 1927/32 годов. Пушка устанавливалась в лобовой части главной башни в маске на цапфах. Максимальный угол возвышения пушки составлял +25°, склонения — −5°. Подъёмный механизм пушки — секторного типа, ручной.
Пушка КТ-28 предназначалась для борьбы с огневыми точками противника и небронированными целями, и вполне удовлетворяла возлагавшимся на неё задачам. Могущество же её бронебойного снаряда в силу невысокой начальной скорости было весьма низким. Надо сказать, что откровенная слабость пушки КТ-28 в борьбе с бронированными целями служила источником множества нареканий со стороны военных.
Начиная с 1938 года и вплоть до окончания производства в 1940 году Т-28 вооружались новой 76,2-мм танковой пушкой Л-10. Пушка Л-10 имела ствол длиной в 26 калибров и бо́льшую в сравнении с КТ-28 начальную скорость (555 м/с), что позволяло её бронебойному снаряду пробивать броню толщиной до 50 мм на расстоянии в 1000 м при угле встречи в 60° к нормали.
Для наведения орудия на цель использовались телескопический прицел ТОП образца 1930 года и перископический прицел ПТ-1 образца 1932 года.
Боекомплект пушки составлял 69 унитарных выстрелов, размещавшихся в укладках на бортах корпуса (49 штук), в стойке на подвесном полике башни (8 шт.) и во вращающихся барабанных установках под сидениями командира и наводчика (по 6 шт.) (применение вращающейся боеукладки — характерная особенность танков Т-28 и Т-35).
Вспомогательное вооружение Т-28 состояло из четырёх 7,62-мм пулемётов ДТ, расположенных в шаровых установках.
Боекомплект пулемётов составлял 7938 патронов в 126 дисковых магазинах по 63 патрона каждый.
Двигатель танка — V-образный авиационный карбюраторный М-17Т водяного охлаждения, эксплуатационной мощностью 450 л. с. при 1400 об/мин. Максимальная мощность составляла 500 л. с. при 1450 об/мин (попытки установки на танк дизельного двигателя успеха не имели).
Трансмиссия состояла из главного фрикциона сухого трения, пятискоростной коробки перемены передач (пять передач вперёд, одна назад), многодисковых сухих бортовых фрикционов и двухрядных бортовых передач с ленточными тормозами. Коробка передач имела блокировочное устройство, предотвращавшее переключение передач при невыключенном главном фрикционе.
Подвеска была разработана в основном по типу танка фирмы «Крупп» и представляла из себя коробчатую гусеничную раму, приклёпанную или приваренную к броне корпуса, внутри которой размещались все элементы подвески.
Ходовая часть применительно к одному борту состояла из 12 парных опорных катков малого диаметра, сблокированных при помощи балансиров в 6 кареток с пружинным подрессориванием. Каретки, в свою очередь, сблокированы в две тележки, подвешенные к корпусу на двух точках.
На машинах первой партии устанавливалось импортное электрооборудование напряжением 12 В, но затем, с конца 1933 года, перешли на отечественное оборудование, напряжением 24 В. Мощность генератора — 1000 Вт.
Внутреннее освещение и электрооборудование машины включало 3 лампочки щитка водителя, 2 переносных лампочки, 6 штепсельных розеток (3 в главной башне, по одной — в малых и одна в отделении трансмиссии), 4 плафона (2 в главной башне и по одному — в малых).
Для освещения дороги в ночное время танк имел две складные фары, снабжённые броневыми кожухами (аналогичны использовавшимся на Т-26). На корме танка на надгусеничных полках размещалось два задних габаритных фонаря с откидными крышками. Также на ряд танков устанавливались две фары-прожектора для ночной стрельбы (так называемые «фары боевого света»), размещавшиеся на маске орудия, либо непосредственно над его стволом, либо по обе стороны от него.
Для подачи звуковых сигналов имелся гудок «ЗЕТ» вибраторного типа.
Для внешней связи все танки Т-28 оснащались радиостанциями. На танки ранних выпусков устанавливалась радиостанция 71-ТК, обеспечивавшая связь на дистанцию в 18—20 км. С 1935 года на танк стали устанавливать радиостанцию 71-ТК-2 с увеличенной до 40—60 км дальностью связи, но из-за ненадёжности (радиостанция постоянно перегревалась) её уже с 1936 года заменили более совершенной 71-ТК-3, ставшей наиболее массовой танковой радиостанцией довоенных лет.
Большинство Т-28 оборудовалось антенной поручневого типа, лишь на танках выпуска 1939—1940 года стали устанавливаться штыревые антенны.
Для внутренней связи Т-28 оснащались танковым переговорным устройством (танкофоном) ТПУ-6 на всех шестерых членов экипажа. На машинах первой серии устанавливался прибор типа «Сафар».
Противопожарное оборудование включало в себя стационарный огнетушитель с четырёххлористым углеродом ёмкостью 3 л, установленный под правым радиатором и приводившийся в действие специальной кнопкой с места механика-водителя или командира танка. Кроме того, имелось два ручных огнетушителя.
Танк оборудовался двумя приборами дымопуска ТДП-3, установленными на бортах в специальных ящиках.
В ходе боёв на «Линии Маннергейма» танки Т-28 использовались по своему прямому назначению — для поддержки пехоты при прорыве укреплённых позиций противника. При этом, несмотря на то, что Т-28 создавался по требованиям начала 1930-х годов, их применение в целом было весьма успешным, особенно в сравнении с танками Т-26 и БТ. В частности, Т-28 легко двигались по снегу глубиной 80—90 см, хорошо преодолевали рвы, эскарпы и прочие противотанковые заграждения, огневой мощи пушек вполне хватало для эффективной борьбы с ДЗОТами и даже небольшими ДОТами, а множество пулемётов позволяло создавать настоящий ливень свинца. Однако, вместе с тем, бронирование танков не позволяло им эффективно противостоять огню противотанковой артиллерии, в частности, 37-мм пушек «Бофорс».
Таким образом, применение Т-28 в Зимней войне показало, что при условии грамотного использования и хорошего снабжения запчастями эти танки являются мощной, надёжной и ремонтопригодной машиной, несмотря на сложные климатические условия, артобстрелы и минные поля. Также был сделан вывод о недостаточной защищённости танков Т-28, что послужило поводом к разработке схемы их экранирования.
Танки Т-28 активно использовались в начальный период Великой Отечественной войны, однако практически все они были потеряны в первые месяцы боевых действий. Помимо неграмотного использования, нехватки горючего и боеприпасов и общей дезорганизации частей РККА, основной причиной потерь являлась техническая изношенность большинства танков и практически полное отсутствие запчастей к ним.
3 июля 1941 года Т-28 под командованием майора танковых войск Васечкина с экипажем из механика-водителя Дмитрия Малько и трёх курсантов совершил рейд по уже захваченному немцами Минску, тараня вражеские грузовики, сбивая пехоту, уничтожая противника огнём пушки и пулемётов.
Осенью — зимой 1941 года уцелевшие Т-28 продолжали эпизодически встречаться на фронтах. Последнее же их боевое применение в составе РККА было зафиксировано зимой 1944 года — в операции по снятию блокады Ленинграда.