Không giống nhiều máy bay khác được thiết kế cho một vai trò duy nhất, các biến thể của B-29 gần như giống hệt nhau. Các cải tiến được thực hiện giữa chiếc nguyên mẫu đầu tiên XB-29 đến 3 phiên bản dùng trong chiến đấu chỉ là những tiểu tiết, ngoại trừ những chiếc kiểu Silverplate được chế tạo cho Kế hoạch Manhattan. Những khác biệt lớn nhất là giữa những kiểu dùng trong những phi vụ không ném bom, như vận tải, tìm kiếm cứu nạn, quan sát thời tiết, huấn luyện, cũng như những vai trò hết sức đặc biệt như trạm tiếp sóng truyền hình trên không dưới tên Stratovision.

Một số B-29 cũng được cải tiến để là khung thử nghiệm cho các hệ thống mới hay các hoàn cảnh đặc biệt, bao gồm các hệ thống chữa cháy, hoạt động trong thời tiết lạnh, và trang bị nhiều cấu hình vũ khí khác nhau. Nhiều chiếc B-29 được cải tiến như KB-29 để thí nghiệm tiếp nhiên liệu trên không. Có lẽ thí nghiệm quan trọng nhất là do chiếc XB-29G thực hiện; nó mang những kiểu nguyên mẫu của động cơ phản lực trong khoang chứa bom, và hạ nó xuống giữa dòng không khí để thực hiện các đo đạc.