Tu-154 được phát triển để đáp ứng yêu cầu của Aeroflot thay thế chiếc Tu-104 sử dụng động cơ phản lực, và chiếc Antonov An-10 'Ukraine' cùng Ilyushin Il-18 sử dụng động cơ phản lực cánh quạt. Các yêu cầu gồm khả năng chất tải 16-18 tấn (35,270-39,680 lb) trên khoảng cách 2,850-4,000 km (1,770-2,480 mi) khi bay với tốc độ 900 km/h (559 mph), hay tải trọng 5.8 tấn (12,790 lb) trên khoảng cách 5,800-7,000 km (3,600-4,350 mi) khi tay ở vận tốc 850 km/h (528 mph). Chiều dài đường băng cất cánh 2,600 m (8,530 ft) với trọng lượng cất cánh tối đa cũng được quy định. Chiếc Tu-154 đã cạnh tranh với Ilyushin Il-62. Bộ công nghiệp và hàng không Liên Xô đã lựa chọn Tu-154 bởi nó được tích hợp những thiết kế mới nhất của ngành hàng không Xô viết và đáp ứng các yêu cầu của Aeroflot cho thập niên 1970 và 1980.[4]

Lãnh đạo dự án đầu tiên là Sergey M. Yerger. Năm 1964 Dimitriy S. Markov lên thay. Năm 1975 tới lượt Aleksandr S. Shengardt.[5]

Tu-154 cất cánh lần đầu ngày 4 tháng 10 năm 1968. Hoạt động thương mại bắt đầu tháng 2 năm 1972, và tới tháng 1 năm 2009 việc sản xuất hạn chế model 154M vẫn diễn ra, (photo link) dù trước đó đã có những thông báo chấm dứt sản xuất năm 2006. Aviakor chấm dứt sản xuất Tupolev Tu-154M sau khi hoàn thành đơn hàng cuối cùng 919 chiếc Tu-154 đã được chế tạo, 263 trong số đó vẫn hoạt động vào thời điểm ngày 10 tháng 4 năm 2009.[6]