Tu-22 có góc nghiêng cánh 55°. Hai động cơ tuốc bin phản lực lớn, ban đầu là Dobrinin VD-7M, sau này là Kolesov RD-7M2, được lắp trên thân sau ở mỗi bên cánh đuôi dọc. Tiếp tục truyền thống phòng thiết kế Tupolev, càng đáp chính được lắp trong khoang ở bộ phận lái đuôi của mỗi cánh. Độ nghiêng cánh cao khiến lực cản thấp ở những tốc độ cận siêu thanh, nhưng khiến tốc độ hạ cánh tăng thêm nhiều và đường chạy cất cánh cũng dài thêm.

Buồng lái Tu-22 đặt phi công phía trước, hơi chếch phía trái, sĩ quan vũ khí ngồi phía sau và hoa tiêu ở thấp phía dưới, bên trong thân. Thiết kế buồng lái rất xấu, tầm nhìn kém (không có hiệu quả gì giúp cải thiện tính năng kém của chiếc 'Blinder' trên đường băng), ghế ngồi gò bó và vị trí đặt nút điều khiển các thiết bị không thuận lợi sử dụng.

Trang bị vũ khí phòng vệ của Tu-22, được điều khiển bởi sĩ quan phụ trách vũ khí gồm một tháp pháo đuôi bên dưới mỗi động cơ với một hoặc hai pháo AM-23 23 mm, mỗi khẩu có 250 viên đạn. Tháp pháo đuôi được chỉ dẫn bởi một radar PRS-3A 'Argon' nhỏ vì sĩ quan vũ khí không quan sát được phía sau. Các loại vũ khí chính của máy bay được mang trong một khoang bom giữa thân, có thể mang thời 24 bom thông thường FAB-500, một bom FAB-9000, hay nhiều vũ khí hạt nhân rơi tự do. Trên chiếc Tu-22K, khoang này được thiết kế để mang duy nhất một quả tên lửa Raduga Kh-22 (AS-4 'Kitchen') đặt nửa chìm trong thân. Quả tên lửa to lớn này thực tế có gây ảnh hưởng tới tính năng thao diễn của máy bay.

Chiếc Tu-22B ban đầu có một hệ thống ném bong quang học (vẫn được giữ lại trên chiếc Tu-22R), với một radar hoa tiêu/tấn công Rubin-1A. Tu-22K có Leinents PN (tên hiệu NATO 'Down Beat') để dẫn đường cho tên lửa Kh-22. Tu-22R có thể mang một camera mạng hay một gói thiết bị nhiễu âm APP-22 trong khoang chứa bom. Một số chiếc Tu-22R được trang bị hệ thống Kub ELINT, và sau này với thiết bị đỡ cho radar quan sát bên trên không M-202, cũng như các camera và một máy quét hồng ngoại. Một số lượng nhỏ Tu-22K đã được chuyển đổi theo cấu hình Tu-22KP hay Tu-22KPD với thiết bị Kurs-N để thám sát các hệ thống radar của đối phương và tương thích với tên lửa chống bức xạ Kh-22P.