Опыт разработки и освоения первых реактивных пассажирских самолетов Ту-104 и Ту-124 позволил коллективу ОКБ Туполева в короткий срок создать новый ближнемагистральный лайнер. В конце 1950 годов на международных авиалиниях начал успешно эксплуатироваться французский среднемагистральный самолет SE.210 Caravelle с двумя ТРД, расположенными на пилонах в хвостовой части фюзеляжа. Данная схема прежде всего позволяла улучшить аэродинамику самолета за счет использования "чистого крыла", снизить уровень шума в салоне и кабине экипажа, а также значительно уменьшить нагрузки от газовых струй на фюзеляж. В то же время утяжелялась конструкция планера и, как следствие, падала полезная нагрузка.

Непосредственным толчком для создания будущего Ту-134 явилась реакция Н.С.Хрущева на полет на "Каравелле", которая понравилась ему низким шумом и вибрацией. Первые проработки машины выявили возможность создания ее на базе пассажирского Ту-124, проходившего в то время заводские испытания. Опытный самолет получил название Ту-124А.

На проектирование и постройку опытного самолета с двигателями Д-20П ушло три года. В июле 1963 года экипаж А.Д.Калины совершил на нем первый полет. Практически одновременно с Ту-124А появился английский самолет ВАС.111, совершивший первый полет в августе 1963 года. Летные испытания ВАС.111 проходили довольно успешно, но 22 сентября 1963 года произошла катастрофа. Оперение самолета, вышедшего на большие углы атаки, попало в спутную струю от гондол двигателей и самолет вошел в еще неизученный режим "глубокого сваливания". С учетом причин катастрофы BAC.111 на Ту-124А установили горизонтальное оперение с увеличенной на 30% площадью.

Вскоре выяснилось, что возросшие массово-геометрические характеристики машины требовали увеличения тяги двигателей. С двигателями Д-20П было выпущено лишь три Ту-134, на все последующие машины устанавливался Д-30.

После серии катастроф с Ту-104 все пассажирские самолеты стали испытываться на больших углах атаки вплоть до сваливания. Впервые в практике отечественного самолетостроения Ту-134 прошел международный контроль и машина получила международный сертификат летной годности. На создание и испытания Ту-134 ушло 10 лет.

Со временем Ту-134 в Аэрофлоте взял на себя львиную долю перевозок на ближнемагистральных трассах. По мнению летного и технического состава, Ту-134 прост в эксплуатации и в полете прощает экипажу многие ошибки. Имевшие место в период эксплуатации отказы различных систем, оборудования и двигателей в сочетании с высокой квалификацией экипажей обычно позволяли благополучно завершать полеты.

Еще на этапе проектирования встал вопрос о доведении Ту-134 до уровня лучших зарубежных аналогов, а также дальнейшего повышения экономических и эксплуатационных показателей. Однако лишь в 1968 году приступили к разработке варианта Ту-134А. В его хвостовой части установили ВСУ ТА-8 для системы кондиционирования воздуха при стоянке на земле и воздушного запуска двигателей вместо электрического. Новые двигатели Д-30 второй серии с уменьшенным расходом топлива и реверсом тяги позволили отказаться от тормозного парашюта.

Фюзеляжная вставка для размещения дополнительных пассажирских кресел увеличила длину фюзеляжа на 2,1м. Не некоторых самолетах устанавливалась РЛС "Гроза" в носовой части фюзеляжа на месте штурмана.

Следующим этапом развития самолета стало внедрение на модификации Ту-134А-3 двигателей Д-30 третьей серии. Это позволило снизить действовавшие ограничения по взлетной массе, особенно в условиях высоких температур и высокогорья.

Одной из последних модификаций стал Ту-134Б. Усовершенствование конструкций ряда агрегатов и систем позволило увеличить прибыль на летный час и снизить удельные расходы топлива. За счет удлинения фюзеляжа до 38,45м удалось довести количество пассажирских мест до 80. В носовой части фюзеляжа установили РЛС "Гроза", при этом совмещение функций штурмана и второго пилота позволило сократить экипаж до трех человек.

Ту-134Б успешно прошел испытания и был запущен в серийное производство, став первым отечественным магистральным пассажирским самолетом с экипажем из трех человек без штурмана.

Одновременно с освоением серийного производства Ту-134А ОКБ подготовило к производству Ту-134Ш для тренировок и подготовки штурманов дальней и фронтовой бомбардировочной авиации. В пассажирском салоне оборудовали 12 учебных мест, обеспечивающих тренировку за один полет двух смен курсантов. Конструкция крыла и оперения была усилена, так как учебной машине предстояло выполнять больше взлетов и посадок, чем пассажирским лайнерам.

Внешне Ту-134Ш отличались от пассажирских более крупным обтекателем РЛС "Рубин-1", балочными держателями, а также наличием на верхней части фюзеляжа элементов оптики астросекстантов. Самолёт позволял производить учебное бомбометание с использованием оптического прицела, установленного на рабочем месте штурмана, и радиолокационного - с рабочих мест курсантов.

Ту-134УБЛ предназначался для обучения летного состава Дальней авиации пилотированию по приборам в простых и сложных метеоусловиях, самолетовождению, заходам на посадку в директорном и автоматическом режимах. На самолете устанавливалась новая носовая часть фюзеляжа, подобная Ту-22М3 с радиопрозрачным обтекателем РЛС "РО3-1". Выпускался серийно.