Серийно выпускался с 1953 по 1963 год. Состоял на вооружении СССР, России и государств СНГ на протяжении около 50 лет.
29 августа 1949 года СССР провёл испытания ядернойбомбы РДС-1 и начал подготовку к серийному производству бомбы РДС-3. Новые дальние бомбардировщики должны были доставить до цели это изделие, вес которого превышал 5 тонн. Кроме того, ядерный боеприпас потребовал термостатированного бомбового отсека и мер защиты от воздействия поражающих факторов ядерного оружия на экипаж и самолёт.
Требовался бомбардировщик, доставляющий ядерную бомбу на дальность, доступную Ту-4, но способный летать вдвое быстрее его. Исследования конструкторского бюро Туполева по проекту «86» показали, что скоростной дальний реактивный носитель ядерного оружия может быть получен увеличением массы и размера, с увеличением тяги двигателей в 1,5 — 2 раза. Так был начат проект «88» с
расположением более мощных двигателей в корне крыла, а не под ним, некоторое время разрабатывавшийся инициативно. Часть решений проекта «86», состав и расположение экипажа, оборонительного вооружения перенесли в проект «88», ставший Ту-16.
Эскизный проект самолёта утверждён 5 июля 1951 года.