Tupolev OKB do Andrei Nikolayevich Tupolev thành lập năm 1922. Các cơ sở của nó chỉ phục vụ nhu cầu nghiên cứu hàng không và thiết kế máy bay, việc chế tạo được giao cho các công ty khác. Tupolev OKB đã đảm nhiệm nghiên cứu toàn bộ các máy bay kim loại trong thập kỷ 1920.

Trong số những thành quả lớn nhất ở giai đoạn này có loại máy bay ném bom hạng nặng, với thiết kế của Tupolev đạt tới mức tiêu chuẩn trong nhiều năm sau trong phát triển máy bay hạng nặng cho cả mục đích dân sự và quân sự.

Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, chiếc Tu-2 'Bat' bằng kim loại, hai động cơ là một trong những máy bay ném bom mặt trận tốt nhất của Liên Xô. Nhiều biến thể của nó đã được sản xuất với số lượng lớn từ năm 1942. Trong chiến tranh, thân máy bay được chế tạo bằng gỗ vì khan hiếm kim loại.

Năm 1945, bốn chiếc Siêu pháo đài bay B-29 của Boeing đã hạ cánh xuống lãnh thổ Sô viết sau một phi vụ tại Nhật Bản. Chúng nhanh chóng được văn phòng thiết kế mô phỏng và hình thành nên loại máy bay ném bom chiến lược liên lục địa đầu tiên của Xô viết, chiếc Tu-4 'Bull' ("Bull" là tên hiệu của NATO), lần đầu tiên cất cánh năm 1947 và được sản xuất với số lượng đáng kể. Tu-4 là kiểu riêng biệt trong giai đoạn phát triển thời hậu chiến của Tupolev, nhiều chiếc máy bay quan trọng thời gian sau này có đặc tính kỹ thuật trái ngược với máy bay của Boeing.

Tiếp sau loại máy bay này, Tupolev phát triển máy bay ném bom động cơ phản lực Tu-16 'Badger', dựa trên phiên bản phóng to của thân B-29/Tu-4, sử dụng cánh chéo phía sau nhằm có được tính năng hoạt động tốt nhất ở tộc độ thấp hơn tốc độ âm thanh.

Khi máy bay dùng động cơ turbin phản lực không có đủ hiệu suất sử dụng nhiên liệu để hoạt động ở tầm liên lục địa thật sự, người Sô viết quyết định phát triển một máy bay ném bom mới, Tu-20 'Bear', thường được gọi là Tu-95. Cả loại máy bay này cũng dựa trên thân và thiết kế kết cấu của Tu-4, nhưng được trang bị bốn động cơ turbin phản lực cánh quạt Kuznetsov NK-12 khổng lồ khiến nó vừa có tốc độ của máy bay phản lực vừa có tầm hoạt động lớn. Nó hiển nhiên trở thành loại máy bay ném bom liên lục địa của Sô viết, với tầm hoạt động liên lục địa và tính năng tương tự như máy bay phản lực. Ở nhiều khía cạnh, loại máy bay này tương tự với B-52 Stratofortress của Boeing, nó trở thành một máy bay ném bom chiến lược và đảm nhiệm nhiều vai trò khác, gồm cả trinh sát và chống tàu ngầm.

Tu-16 được phát triển thành loại Tu-104 'Camel' dân sự, thỉnh thoảng là loại máy bay phản lực dân sự duy nhất hoạt động sau khi xảy ra vụ tai nạn máy bay De Havilland Comet. Tu-95 đã trở thành cơ sở phát triển cho loại máy bay chở khách tầm trung tới tầm xa duy nhất Tu-114 'Cleat', máy bay động cơ turbin phản lực nhanh nhất thế giới. Một đặc điểm chung ở các loại máy bay Tupolev hạng lớn dưới tốc độ âm thanh là những khoang chứa (pod) lớn phía sau cánh lái đuôi của cánh, giữ thiết bị hạ cánh máy bay. Nó cho phép máy bay sử dụng thiết bị hạ cánh chế tạo từ nhiều lốp áp suất thấp, rất có giá trị khi sử dụng trên những đường băng chất lượng thấp phổ biến ở Liên Xô thời đó. Ví dụ máy bay chở khách Tu-154 'Careless' của Liên Xô tương đương với chiếc Boeing 727 có 14 lốp, số lượng bằng với loại máy bay 777-200 lớn hơn của Boeing.

Thậm chí trước khi các chuyến bay đầu tiên của Tu-16 và Tu-20/Tu-95 diễn ra, Tupolev đã nghiên cứu các máy bay ném bom hạng năng siêu thanh tốc độ cao, kết quả là loại Tu-98 'Backfin' không thành công. Dù máy bay đó không bao giờ được đưa vào sử dụng, nó đã trở thành cơ sở cho mẫu chiếc Tu-102 (sau này được phát triển thành interceptor Tu-28 'Fiddler') và chiếc Tu-105, sau này phát triển thành máy bay ném bom siêu thanh Tu-22 'Blinder' ở giữa thập kỷ 1960. Với ý định trở thành đối trọng của chiếc Convair B-58 Hustler, Tu-22 'Blinder' đã cho thấy khả năng của nó kém hơn, dù nó có thời gian phục vụ dài hơn loại máy bay Mỹ. Trong lúc ấy Phòng "K" đã được Tupolev lập ra, với nhiệm vụ thiết kế những máy bay trinh sát không người lái như Tu-139 và Tu-143.

Thập kỷ 1960 là thời kỳ vươn lên nắm quyền của con trai A. N. Tupolev, là A. A. Tupolev. Nhiệm vụ của ông gồm phát triển loại máy bay chở khách siêu thanh đầu tiên trên thế giới Tu-144 'Charger', máy bay chở khách thông thường Tu-154 'Careless' và máy bay ném bom chiến lược Tu-22M 'Backfire'. Tất cả những phát triển đó đã cho phép Liên bang Xô viết hoàn thành mục tiêu thiết lập thế quân bằng chiến lược trong hàng không dân sự và quân sự với phương Tây.

Trong thập kỷ 1970, Tupolev tập trung nỗ lực vào việc cải thiện tính năng của máy bay ném bom Tu-22M, các biến thể của nó gồm máy bay hoạt động trên biển. Cũng vì số lượng quá lớn của loại máy bay này dẫn tới các hiệp ước SALT I và SALT II. Hiệu năng và tính năng của Tu-154 đã được cải thiện tới đỉnh cao của nó ở chiếc Tu-154M.

Trong thập kỷ 1980 phòng thiết kế này đã phát triển loại máy bay ném bom siêu thanh chiến lược Tu-160 'Blackjack'. Đặc điểm chính của nó là cánh biến đổi. Ở một số mặt Tu-160 có tính năng tốt hơn so với các đối thủ phương Tây như Rockwell B-1B Lancer, nhưng việc Liên Xô tan rã khiến sự phát triển của nó chậm lại và nhiều vấn đề trước đó không bao giờ được sửa chữa ở mức độ thích hợp.