Il-62 thay thế chiếc Tu-114 phản lực cánh quạt bay nhanh trên các đường bay tầm xa. Bởi chiếc Tu-114 vừa đi vào phục vụ khi Il-62 còn đang trên bàn thiết kế, Ilyushin có thời gian để thiết kế, thử nghiệm và phát triển một cách không vội vã. Điều này đã mang lại hiệu quả, bởi chiếc Il-62 thực sự có những phát triển đáng chú ý.

Il-62 và chiếc Vickers VC10 của Anh là những chiếc máy bay chở khách thương mại duy nhất được trang bị bốn động cơ với vỏ kép ở hai bên và bên dưới của một cánh đuôi ổn định hình chữ "T", mặc dù chiếc máy bay tư nhân thương mại của Lockheed JetStar cũng có đặc điểm này. Với chiếc Ilyushin, cấu hình bị TsAGI, cơ quan hàng không Liên bang Xô viết, ra lệnh thực hiện, bởi phòng thiết kế của Ilyushin thiếu các nguồn tài nguyên để tham gia vào việc nghiên cứu cấu hình. Dù đề xuất một loại cánh thẳng và hiệu quả, kiểu cánh đuôi chữ T với động cơ đặt tại đó được biết có một số hạn chế nghiêm trọng. Nó làm nặng đuôi, đòi hỏi các bộ phận ổn định lớn và nặng bởi tay moment đuôi ngắn. Một điều đáng lo ngại, lực khí động từ cánh tác động lên đuôi khi mũi nghếch lên (ở "góc tấn lớn"). Điều này đòi hỏi phải có những hệ thống tự động chống tròng trành phức tạp (ở thập niên 1960) và không đáng tin cậy như "stick shakers" và "stick pushers."

Những chiếc máy bay đầu tiên (nguyên mẫu, tiền sản xuất và sản xuất ban đầu) cho thấy một sự phát triển từ những cạnh mỏng hay lệch dẫn về phía trong tới hình dạng hoàn toàn dày và thẳng 1966. Đặc tính "răng chó" cũng được di chuyển cho tới khi được ổn định trước khi việc sản xuất bắt đầu. Việc lắp đặt động cơ cũng có cải tiến, với các trục dọc động cơ được nghiêng 3 độ so với trục ngang; các thiết bị đảo chiều luồng khí phụt được thêm vào các động cơ phía ngoài, và toàn bộ việc lắp đặt đã được tiêu chuẩn hoá trước khi việc sản xuất bắt đầu.

Nguyên mẫu có công suất động cơ rất kém. Loại động cơ NK-8 được dự định cho nó vẫn chưa sẵn sàng và các động cơ tuốc bin phản lực Lyul'ka R-7PB nhỏ được tạm thời dùng thay. Nguyên mẫu với các động cơ R-7PB (số đăng ký СССР-06156) cất cánh lần đầu ngày 3 tháng 1 năm 1963. Nó đâm xuống đất sau khi chạm vào một hàng rào sân bay trong chương trình phát triển. Những chiếc Il-62 sản xuất sử dụng động cơ ban đầu được dự định để lắp phía sau là Kuznetsov NK-8-4. Chiếc Il-62 đầu tiên sử dụng các động cơ NK-8 (số đăng ký СССР-06153) cất cánh lần đầu năm 1964.

Biến thể Il-62M (cất cánh lần đầu năm 1971, được giới thiệu năm 1973) có các động cơ Soloviev D-30KU mạnh mẽ và êm ái hơn và một bình nhiên liệu sườn. Bên dưới lớp vỏ, Il-62M có các cánh kiểu rãnh đơn đơn giản và nhẹ hơn và có những cải tiến về khí động học. Cải tiến quan trọng nhất là việc thêm các spoilerons (các tấm lái ngang hay phanh không khí trên cánh hoạt động như những cánh nhỏ khi được triển khai ở những vị trí khác nhau trong chuyến bay) và có khả năng sử dụng luồng khí phụt đảo chiều thừa trong khi bay khi tiếp cận sân bay để làm giảm khoảng cách hạ cánh. Hầu như tất cả máy bay thuộc dòng này hoạt động ngày nay đều là những chiếc Il-62M. Năm 1978, Il-62M được phát triển hơn nữa để có thể chở 198 hành khách và khoảng 2 tấn (4,400 lb) thêm nữa hàng hoá và/hay nhiên liệu so với Il-62M.[cần giải thích]

Một phiên bản với tên định danh Il-62MK được thiết kế như một máy bay tầm trung được hoán cải nhiều, dù nó không bao giờ được sản xuất ở quy mô lớn và đã bị bỏ khỏi chương trình năm 1978 (dù Đức có sử dụng hai chiếc). Các phiên bản khác cũng đã được lập kế hoạch, một số được "kéo dài" để có thể chở tới 250 hành khách và những kiểu khác để thích hợp với các sân bay nhỏ. Không kiểu nào tới được giai đoạn thiết kế chi tiết. Không có các chương trình phát triển dân sự/quân sự hay quân sự nào được biết.

Il-62 có càng đáp quy ước với một thanh chống càng đáp trọng lượng nhẹ ở dưới thân[1] nó mở ra khi máy bay về vị trí đỗ. Máy bay với các động cơ phía sau thường nặng đuôi khi đỗ không tải tại sân bay, và để ngăn máy bay không bị lật úp, nhiều thiết bị được sử dụng để chống đuôi từ các thanh chống "pogo stick" cố định đơn giản trên những máy bay nhỏ, tới những thanh chống trọng lượng nhẹ có thể co duỗi (Il-62). Máy bay kiểu DC-9, MD-80/90 hay B727 sử dụng một cửa airstair bên dưới đuôi với hai mục đích vừa đỡ đuôi vừa là một cửa phụ để cho hành khách lên.

Il-62 là chiếc máy bay chở khách lớn nhất có những hệ thống kiểm soát bay bằng tay, sử dụng các dây cáp và thanh truyền, pulley, các hệ thống cân bằng khí động học và trọng lượng, tấm lái ngang thép. Cũng có những dấu hiệu rằng chiếc Il-62 có một bể nước ở phía trước dùng làm đồ dằn. Nó có thể được sử dụng khi chiếc máy bay bay rỗng hay chất tải nhẹ. Nếu điều này là thực, có thể xếp Il-62 cùng với những chiếc máy bay chở khách sử dụng đồ dằn, đáng chú ý nhất là chiếc Caravelle của Pháp và Tu-154 của Liên xô. Vì có động cơ lắp phía đuôi, các cánh không bị vướng bận về mặt khí động học, và việc hỗ trợ cất cánh và hạ cánh được sử dụng mà không gây ảnh hưởng tới hiệu ứng của vỏ động cơ, khiến tạo ra các dòng không khí tự do trên bề mặt lưng cánh. Vì thế chiếc máy bay có thể bay xuyên qua những khu vực không khí hỗn loạn với tốc độ lên tới 16–18 m/giây mà không bị ảnh hưởng tới độ ổn định (Thiel, 2001).

Một đặc điểm nhận dạng quan trọng khác của Il-62 là "răng cưa" ("răng chó") trên cạnh cánh. Đặc điểm nổi bật này hoạt động như một hàng rào khí động học, tạo ra xoáy không khí (mà không có chúng các cánh sẽ hầu như không có dòng xoáy không khí), và những tấp lái nhỏ cố định phía trước cánh. Nó đảm bảo hoạt động vice-free ở những góc tấn lớn và hỗ trợ bay tầm xa một cách hiệu quả. Răng cưa khiến không cần tới những hệ thống điều khiển thuỷ lực, stick shakers, và stick pushers nữa. Đáng ngạc nhiên, những model sau này của VC10 (cho British United Airways và Ghana Airways) cũng sử dụng đặc tính này, nhưng tại vị trí gần đầu cánh hơn.

Những chiếc Il-62 ban đầu sử dụng động cơ N-K 8-4 có công suất kém và có tính năng bình thường cũng như động cơ thường phải hoạt động quá công suất/quá nóng (thỉnh thoảng gây ra những vụ báo cháy giả khiến phi đội tắt động cơ một cách nhầm lẫn) điều này có thể đã góp phần vào hai vụ tai nạn nghêm trọng do hỏng động cơ lan truyền (động cơ hỏng thường ảnh hưởng tới động cơ ben cạnh cũng như làm hư hại tới thân máy bay, một vấn đề cũng xảy ra với những vụ tai nạn đầu tiên của loại VC10. Những sửa đổi với cả hai loại máy bay đã giải quyết được vấn đề này). Cả hai vụ tai nạn nghiêm trọng với Il-62 đều xảy ra với những chiếc máy bay thuộc sở hữu của hãng hàng không Ba Lan LOT (vốn cũng thuê một số lượng lớn Il-62 từ Aeroflot và Tarom). Vụ tai nạn có số thiệt hại nhân mạng lớn nhất (183) xảy ra với một chiếc Il-62M đầy khách của Chuyến bay 5055 của Hàng không Ba Lan LOT ngày 9 tháng 4 năm 87 với một đám cháy ở thân sau có thể đã không được phi đội chú ý tới (vì thế họ quyết định không hạ cánh tại một trong hai sân bay lân cận). Trước đó, LOT cũng đã mất một chiếc Il-62 chưa chuyển đổi (phiên bản ban đầu) là Chuyến bay 007 ngày 14 tháng 3 năm 80 với 87 người thiệt mạng. Hư hỏng động cơ theo kiểu này cực kỳ hiếm gặp (vỏ động cơ thường được kiểm tra bởi những cuộc kiểm tra rung động turbin trong bảo dưỡng) và hai vụ tai nạn đó liên quan tới những kiểu động cơ khách nhau là một tỷ lệ gây thiệt mạng lớn gấp 30 lần con số trung bình của Il-62 (2.8% và 0.092%). Sau vụ tai nạn năm 1987, LOT đưa ra những phương pháp kiểm tra rung động turbin với tần suất lớn hơn, và sửa đổi những chiếc máy bay của họ bằng cách tăng gấp đôi các hệ thống kiểm soát bay và loại bỏ các bình nhiên liệu phụ ở gần động cơ.

Những chiếc Il-62 chuyển đổi đặc biệt

Nhiều sửa đổi đặc biệt đã được thực hiện với loại Il-62 cơ bản, những sửa đổi lớn là với các phiên bản Il-62 và Il-62M chở VIP cho các lãnh đạo nhà nước sử dụng, và máy bay chỉ huy trên không Il-62M (chỉ có một chiếc) do chính phủ Nga sử dụng (Gordon et al, 2004). Dù Il-62 đã được đưa ra giới thiệu ở thời Khrushchev, mãi tới thời Brezhnev Ilyushin mới được yêu cầu phát triển các phiên bản chở VIP cho các lãnh đạo Nga sử dụng từ đó cho tới tận những năm cầm quyền của Putin (trong thời gian đó cả Il-62 và Il-96 đều được sử dụng). Các phiên bản chở VIP được trang bị các phòng hội họp và nơi nghỉ ngơi, các phòng cho đoàn tuỳ tùng, và các nhân viên phục vụ cũng như vệ sĩ, trong khi hệ thống viễn thông trên máy bay cho phép liên lạc với Moscow và các thành phố khác từ bất kỳ nơi nào trên thế giới. Những chiếc kiểu này cũng đã được chuyển giao cho các quốc gia khác gồm Tiệp Khắc, Bắc Triều Tiên, Sudan và Ukraina.

Chiếc Il-62M (RA-86570) chỉ huy trên không duy nhất được cung cấp cho cơ quan phản ứng khẩn cấp EMERCOM để thực hiện việc di tản cho các công dân Nga từ các quốc gia khác và hoạt động như một cơ quan chỉ huy trên không cho các hoạt động đó và các tình huống khẩn cấp (Gordon et al, 2004). Nó hoạt động cùng với một phi đội Il-76, Il-76TD máy bay chữa cháy, AN-72 và các trực thăng đã hoạt động tại khoảng 60 quốc gia và đã cứu được 50,000 sinh mạng từ khi cơ quan này được thành lập năm 1994. Ngoài những thay đổi nội thất căn bản, RA-86570 được trang bị các động cơ giảm thanh và hệ thống điện tử Honeywell có khả năng liên lạc toàn cầu qua vệ tinh, và một hệ thống Inmarsat. Chiếc máy bay này đã được sử dụng như cơ quan chỉ huy trên không trong chiến dịch chữa cháy rừng tại Viễn Đông, khi đương đầu với vụ tấn công khủng bố của người Chechen tại Kaspiysk khi một toà chung cư bị đánh bom, và để đưa Thứ trưởng Ngoại giao Nga tới Sharjah năm 1997 và từ đó đưa phi đội một chiếc Il-76 chở hàng đã thoát khỏi các chiến binh Taliban tại Afghanistan.