Chiếc Ki-67 là kết quả từ một yêu cầu của Lục quân Nhật năm 1941 về một kiểu máy bay tiếp nối cho chiếc Nakajima Ki-49. Chiếc máy bay mới phải là một kiểu máy bay ném bom hạng nặng tốc độ cao và có độ cơ động như một kiểu máy bay tiêm kích. Chiếc Ki-67 được thiết kế bởi Ozawa Kyonosuke, kỹ sư trưởng của Mitsubishi, và lần đầu tiên giáp chiến cùng lực lượng Đồng Minh là trong một trận hải chiến ngoài khơi Đài Loan vào tháng 10 năm 1944.

Chiếc Ki-67 được trang bị thùng nhiên liệu tự hàn kín và vỏ giáp, những tính năng thông dụng trên những kiểu máy bay tiêm kích và ném bom Mỹ nhưng thường thiếu sót trên những chiếc máy bay Nhật. Với những thứ đó và hai động cơ 18 xy lanh bố trí hình tròn làm mát bằng không khí công suất 1.900 mã lực, chiếc Ki-67 có lẽ là một trong những chiếc máy bay chắc chắn và chịu đựng được hư hại tốt nhất của Nhật Bản trong Thế Chiến II.

Tải trọng bom của chiếc Ki-67 lên đến 1.070 kg (2.360 lb) (mang trong khoang chứa bom bên trong) khiến cho nó được xếp loại là máy bay ném bom hạng trung theo tiêu chuẩn Mỹ. Ví dụ như, chiếc B-25 Mitchell có thể mang đến 6.000 lb; chiếc B-26 Marauder, đến 4.000 lb; và chiếc A-20 Havoc, cho đến 2.000 lb. Tính năng bay của nó thật là đáng kể khi so với các máy bay tương tự của Mỹ; chiếc Ki-67 có tốc độ bay ngang tối đa 334 dặm mỗi giờ (so với 275 dặm mỗi giờ của chiếc B-25, 287 của chiếc B-26, và 338 của chiếc A-20), cơ động tốt khi bổ nhào đạt được tốc độ lên đến gần 400 dặm mỗi giờ, duy trì được tốc độ lên cao xuất sắc, và khả năng lượn vòng vượt trội (tốc độ lượn vòng xuất sắc, bán kính lượn vòng nhỏ, và khả năng lượn vòng ở tốc độ thấp). Độ cơ động của chiếc Ki-67 tốt đến mức người Nhật sử dụng thiết kế này làm căn bản cho chiếc máy bay tiêm kích hai động cơ Ki-109, ban đầu được thiết kế như là máy bay tiêm kích bay đêm, và sau đó được sử dụng như là máy bay tiêm kích hạng nặng bay ngày. Vào giai đoạn cuối của Thế Chiến II, Hải quân Đế quốc Nhật Bản cũng sử dụng thiết kế này làm căn bản cho chiếc máy bay Q2M1 "Taiyo" trang bị radar dùng làm máy bay chống tàu ngầm.

Một tính năng thú vị khác của chiếc Ki-67 là tháp súng lưng được trang bị một pháo 20 mm, bổ sung với hai súng máy 12,5 mm sau đuôi, một súng máy 12,5 mm trước mũi, và một súng máy 12,5 mm ở mỗi bên hông. Khẩu pháo 20 mm là một vũ khí phòng thủ mạnh mẽ bất thường cho một chiếc máy bay ném bom. Cho đến khi có sự xuất hiện của chiếc B-29 Superfortress, máy bay ném bom Hoa Kỳ không được trang bị pháo ở các vị trí phòng thủ, mà thường chỉ có một hay hai súng máy 0,50 inch.