Успехи в создании в первой половине пятидесятых годов тяжёлых боевых самолётов с большой дальностью полёта, оснащённых новыми мощными ТРД и ТВД обусловили возможность создания реактивных пассажирских самолётов. Учитывая сложность создания нового самолёта "с нуля", Туполев во второй половине 1953 года вышел с предложением к руководству страны с идеей разработки пассажирского самолёта на базе бомбардировщика Ту-16. Лайнер должен был перевозить 50 пассажиров на расстояние до 3500км со скоростью 950км/ч. От Ту-16 сохранялись крыло, оперение, шасси, силовая установка, оборудование. Горизонтальное оперение перенесли на фюзеляж, центроплан стал несколько шире, а двигатели отодвинули от фюзеляжа. В случае отказа одного из двигателей самолет мог продолжить полет. Для сокращения длины пробега предусмотрели двухкупольную парашютную систему.

Герметичный фюзеляж увеличенного диаметра проектировался заново. При этом самолёт из среднеплана стал низкопланом. Пассажиры размещались в носовом и хвостовом салоне, а пол центрального отсека был приподнят чтобы закрыть проходящие через фюзеляж лонжероны крыла. На опытной машине в этом отсеке разместили кухню. Экипаж состоял из пяти человек: двух пилотов, штурмана, бортинженера и радиста.

В ходе создания Ту-104 особое внимание было уделено обеспечению высокой надежности конструкции самолета, а также увеличению ресурса планера и особенно гермокабины. После катастроф, происшедших с британским авиалайнером Comet, планер Ту-104 впервые в отечественной практике был подвергнут циклическим испытаниям в специально построенном гидробассейне ЦАГИ. Между кабиной экипажа и пассажирским салоном установили аварийную гермоперегородку. Предусмотрели кислородную систему с автоматически выпадающими кислородными масками. Одновременно проводился поиск наиболее рациональных компоновочных схем размещения пассажирских салонов, кухни и бытовых помещений. Разрабатывалась конструкция удобных пассажирских кресел, бестеневое освещение салонов, подбирались отделочные материалы.

Опытный самолет Ту-104 совершил первый полет в июне 1955 года и был введен в эксплуатацию в следующем году. Первым новый самолёт получило специально организованное в аэропорту Внуково авиаподразделение реактивных самолётов. Регулярная эксплуатация Ту-104 открыла новую эру в отечественной авиации, подтолкнула развитие мировой реактивной пассажирской авиации. Всего за пять лет было построено около 200 самолетов Ту-104.

Отсутствие опыта эксплуатации гражданских реактивных самолётов и конструкционные недоработки приводили к значительному количеству инцидентов и аварий: пилоты испытывали трудности с посадкой самолётов, у лайнеров отказывали двигатели и приборы. Для обучения пилотов технике пилотирования реактивных лайнеров использовались два самолета Ту-16. С них сняли вооружение и присвоили гражданское обозначение Ту-104Г.

Всего за 20 лет эксплуатации Ту-104 по разным причинам в катастрофах и авариях было потеряно 37 самолетов - почти каждый пятый из построенных. Это наихудший показатель среди всех советских серийных пассажирских самолётов.

В ходе производства самолёт неоднократно модернизировался. В ноябре 1957 года завершились испытания 70-местного варианта Ту-104А и сразу же началось его серийное производство. На самолете устанавливались более мощные двигатели РД-3М-500. Впоследствии часть машин этой модификации переделали на авиаремонтных заводах в 100-местные. Увеличение количества пассажирских мест удалось достигнуть за счет снятия аварийной гермоперегородки и перекомпоновки переднего салона, а также сократив расстояние между креслами. Одновременно вместо хвостового топливного бака установили дополнительные баки в консолях крыла. Претерпело изменение и оборудование. Осень 1957 года вписала в биографию Ту-104 целый каскад мировых рекордов.

В 1958 году выпустили Ту-104Б с кухней в передней части кабины и с удлиненным фюзеляжем на 100 и даже на 115 пассажиров. Правда компановка салона на 115 мест оказалась слишком плотной и неудобной для пассажиров, поэтому количество мест ограничили до 100. Салон на 15 мест оборудовали в центральном отсеке над лонжеронами крыла. Во всех салонах кресла были расположены по пять в ряд. Для сохранения взлетно-посадочных характеристик установили закрылки увеличенной площади. Исходный вариант Ту-104А переоборудовался в модификацию Ту-104В на 100 пассажиров или в Ту-104Д с компоновкой салона на 85 мест.

В 1958 году была предпринята попытка глубокой модернизации самолета. Вариант Ту-104Е получил двигатели РД-3П тягой 11300кг с измененной конструкцией воздухозаборников и дополнительные топливные баки. Кроме того, нем были установлены предкрылки и дополнительный подфюзеляжный посадочный щиток. Было построено два самолета, но по результатам испытаний этот вариант себя не оправдал и серийно не выпускался.

Самолеты Ту-104 были весьма требовательны к длине и покрытию ВПП, а поскольку в шестидесятые годы большинство региональных аэропортов еще были с грунтовыми либо короткими полосами, то география маршрутов лайнеров расширялась медленно. В 1972 году на международных и главных внутренних линиях Аэрофлота появились новые самолеты Ту-154, а Ту-104 передавались в другие управления или переделывались в грузовые. Особенно интенсивно Ту-104 эксплуатировались в Украинском управлении ГА. Последний пассажирский рейс Ту-104 был выполнен в ноябре 1979 года.

Самолет Ту-104 занимает почетное место в истории авиации. Он поднялся в небо вторым после лайнера Comet, но учитывая нелегкую судьбу британского самолета, Ту-104 может считаться первым успешным реактивным лайнером.