Tu-154 sử dụng ba động cơ phản lực cánh quạt đẩy low-bypass đặt phía sau tương tự như các động cơ của Boeing 727, và hơi lớn hơn đối thủ Mỹ này. Cả 727 và Tu-154 đều sử dụng S-duct cho động cơ số 2 ở giữa. Model nguyên bản sử dụng động cơ Kuznetsov NK-8-2, trong khi Tu-154M dùng các động cơ Soloviev D-30KU-154. Tất cả máy bay Tu-154 đều có tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng lớn hơn loại 727 – khiến chúng có tính năng hoạt động cao hơn, dù với hiệu suất sử dụng nhiên liệu thấp hơn, điều trở thành một yếu tố quan trọng ở những thập kỷ sau khi giá nhiên liệu tăng cao.

Cabin của Tu-154, dù cùng kiểu bố trí sáu ghế, nhưng mang lại cảm giác nội thất hình oval với trần thấp hơn so với các loại máy bay chở khách phương Tây (Boeing hay Airbus). Các cửa hành khách trên Tu-154 cũng nhỏ hơn các đối thủ phương Tây. Hơn nữa, khoang hành lý phía trên cũng rất hạn chế.

Giống như Tupolev Tu-134, Tu-154 có cánh nghiêng phía sau 35 độ so với đường một phần tư. Chiếc Hawker Siddeley Trident của Anh cũng có cùng góc nghiêng này, trong khi Boeing 727 có góc nghiêng hơi nhỏ hơn ở mức 32 độ.

Giống nhiều chiếc máy bay chở khách khác của Liên Xô, Tu-154 có càng đáp quá khổ để có thể hạ cánh trên những đường băng không trải nhựa, điều thường thấy ở những vùng nông thôn Liên Xô. Chiếc máy bay này có hai cặp càng sáu bánh áp suất thấp phía sau được thu vào trong các khoang mở rộng từ bộ phận lái đuôi của cánh (một đặc điểm thường thấy của những chiếc Tupolev), và hai bánh càng trước. Các thanh giằng mềm (giảm chấn) giúp máy bay di chuyển mềm mại hơn trên các sân bay gồ ghề so với các máy bay chở khách phương Tây, vốn hiếm khi phải hoạt động trên những đường băng chất lượng kém như vậy.

Cabin hành khách có sức chứa 128 người khi bố trí hai hạng và 164 người đồng hạng, và lên tới 180 người khi bố trí chật. Thậm chí kiểu bố trí có thể được thay đổi thành phiên bản mùa đông theo đó một số ghế bị tháo ra và một tủ quần áo được lắp đặt để chứa áo khoác của hành khách.

Yêu cầu ban đầu là một phi đội 3 người – Cơ trưởng, cơ phó và Cơ giới trên không– trái với phi đội 4 hay 5 người trên các máy bay hành khách Liên Xô khác. Tuy nhiên, một thành viên thứ tư, hoa tiêu, cũng thường có mặt, ít nhất ở Liên Xô cũ, vì các quy định của Liên bang. Các hoa tiêu không còn được huấn luyện nữa và nghề này cũng sẽ biến mất cùng với sự nghỉ hưu của các máy bay Liên Xô.

Hệ thống điện tử của máy bay, lần đầu tiên ở Liên Xô, được sản xuất theo các tiêu chuẩn hàng không phương Tây. Nó bao gồm một hệ thống hoa tiêu NVU-B3 doppler, một triple autopilot, cung cấp khả năng tiếp cận tự động ILS theo tiêu chí II của ICAO weather minima, tự động điều chỉnh luồng phụt (autothrottle), Doppler drift và hệ thống đo tốc độ (DISS), bộ hoa tiêu radio "Kurs-MP" cùng những thiết bị khác. Các nâng cấp hiện đại thường gồm một TCAS, GPS và các hệ thống hiện đại khác chủ yếu do phương Tây sản xuất.

Những phiên bản Tu-154 đầu tiên không thể được chuyển đổi đáp ứng các quy định tiếng ồn Stage III và đã bị cấm bay tại những nơi áp dụng các quy định này, như châu Âu. Tu-154M có thể sử dụng các bộ phận giảm thanh để đáp ứng tiêu chuẩn Stage III và trên lý thuyết cả Stage IV. Tuy nhiên các quy định của Liên minh châu Âu hiện thời cấm sử dụng các bộ phận giảm thanh để đáp ứng Stage IV. Tu-154M sẽ cần phải lắp động cơ khác để đáp ứng Stage IV bên trong EU, và cần nhiều nâng cấp đắt đỏ.