История Ту-104 началась в 1953 году, когда КБ Туполева, запустив в серию дальний реактивный бомбардировщик-ракетоносец Ту-16, получило задание создать реактивный пассажирский лайнер. Чтобы выиграть время, туполевцы не стали создавать совершенно новую машину, а взяли за основу только что разработанный ими бомбардировщик. К середине следующего года был завершен эскизный проект, и в июне 1954 года совет министров СССР принял постановление о проектировании первого в истории страны реактивного пассажирского самолета Ту-104 с двумя турбореактивными двигателями КБ Микулина АМ-3 М-500. В техническом задании было указано, что новая машина должна брать на борт 50 пассажиров и до 1250 кг груза, летать с максимальной скоростью от 959 до 1000 км/ч на расстояние от 3200 до 3500 км и иметь длину разбега не более 1650 м.
Ту-104 не был точной копией своего военного прототипа, в который вместо вооружения установили 50 кресел. Позаимствованы были компоновка кабины экипажа, крыло, гондолы двигателей, хвостовое оперение и шасси, а также пилотажно-навигационные приборы. Заново сконструировали фюзеляж, который стал более вместительным, и воздухозаборники двигателей. Работы по созданию самолета велись самыми стремительными темпами. В декабре 1954 года госкомиссия утвердила макет, а уже в марте следующего года на Харьковском авиационном заводе была построена опытная машина. Её заводские испытания начались 17 июня и закончились 12 октября 1955 года, после чего наступил этап государственных испытаний.
Первые машины поступили в гражданский воздушный флот в мае 1956 года, а уже 15 сентября Ту-104 совершил первый регулярный рейс по маршруту Москва–Омск–Иркутск. То есть от начала разработки авиалайнера до его серийной эксплуатации прошло менее трех лет. Эта спешка объяснялась бурно разворачивающимся на фоне холодной войны «соревнованием двух систем», которое отнюдь не ограничивалось только гонкой вооружений. И не случайно во время первого визита Хрущева в Лондон в 1956 году туда же прилетел и Ту-104, хотя машина была пока ещё не сдана в эксплуатацию. Не случайно и место проведения политико-технологической демонстрации, потому что на тот момент Великобритания имела первый и единственный в мире реактивный авиалайнер — de Havilland Comet. Не случайно и то, что сам Никита Сергеевич воспользовался другим транспортом — надежным 4-двигательным турбовинтовым Ил-18, погрузив в реактивный чудо-лайнер дипломатов и прочую обслугу визита.
Опасения Никиты Сергеевича были обоснованы: ведь на разработку «Кометы», продолжавшуюся 8 лет, отечественные конструкторы ответили по принципу «54321» — пятилетку за четыре года в три смены двумя руками на одну зарплату.
Самолет Ту-104 имел длину 38,9 м, высоту 11,9 м, 34,5 метровый размах крыла, площадь которого составляла 174,4 м². Его крейсерская скорость равнялась 800 км/ч, а максимальная дальность — 2750 км, потолок же равнялся 12 тыс. м. Масса пустой машины равнялась 41 600 кг, а максимальный взлетный вес (с топливом, пассажирами и багажом) — 76 000 кг. Тяга двигателей — 2×9000 кгс. С точки зрения комфортабельности полета самолет обладал существенным недостатком. Наддув в фюзеляже позволял сохранять нормальное давление до высоты 2 500 м, а на высоте 10 000 м перепад давлений был равен 0,45 атм. Для обеспечения безопасности пассажиров между кабиной экипажа и салоном были установлены герметическая перегородка и индивидуальные кислородные приборы. Испытания машины выявили и более серьезные «неприятности». Самолет не мог продолжать полет при отказе одного двигателя после отрыва от ВПП при взлетной массе 71 500 кг. Машина была критична в отношении продольной устойчивости в широком диапазоне высот и скоростей полета, и не выдерживала нарушения центровки, превышающего 30% САХ (смещение центра тяжести по отношению к передней кромке аэродинамической хорды, или, грубо говоря, — к фронту крыла). На некоторых режимах пилотируемость машины была существенно ниже критериев, заданных в тактико-технических требованиях ВВС. На высотах от 10 000 до 11 000 м при средних и больших скоростях машина становилась сверх меры чувствительной к отклонениям руля высоты, и незначительное перетягивание штурвала «на себя» приводило к выходу на близкие к критическим углы атаки.
После целого ряда аварийных ситуаций и катастроф, связанных с потерей продольной устойчивости, максимальная высота полета была ограничена 10 000 м. Произвели и конструктивные изменения: за счет уменьшения угла установки стабилизатора удалось расширить диапазон отклонения руля высоты на 9°. Также заменили бомбардировочный авиагоризонт на более чувствительный, применявшийся в истребительной авиации. И устранили самопроизвольное выпадение опор шасси при повышенных перегрузках. В результате ресурс самолета удалось довести до 15 тыс. полетов, или 35 тыс. часов. Всего было выпущено двадцать девять таких самолетов, после чего пришел черед модификаций.
15 сентября 1956 года Ту-104 пилотировал экипаж под руководством Евгения Барабаша. По сравнению с предыдущим (поршневым) поколением самолетов, реактивная машина преодолевала расстояния почти в три раза быстрее. Ту-104, перевозивший до 100 пассажиров за один рейс и преодолевавший 800-900 километров в час, с 1956 года стал основным самолетом на магистральных линиях Аэрофлота. В том же году реактивные первенцы стали летать на линиях Москва — Тбилиси, Москва — Ташкент, Москва — Хабаровск. В сентябре 1957 года из аэропорта «Внуково» на Ту-104 был выполнен полет в Нью-Йорк, который, как отмечала тогда западная пресса, «подтвердил приоритет СССР в развитии реактивной техники».
В ноябре 1957 года завершились испытания 70-местного Ту-104А, на который были установлены более мощные двигатели РД-3 М с общей тягой 2×9500 кгс. Габариты самолета не изменились: 20 дополнительных кресел удалось поставить за счет снятия герметичной перегородки и перекомпоновки переднего салона. Хвостовой топливный бак был заменен баками, установленными в консолях крыльев. Частично было заменено навигационное оборудование самолета. Уплотнение пассажиров решили частично скомпенсировать установкой более совершенных автоматов регулирования температуры в салонах.
Через год в серию был запущен 100-местный Ту-104Б, длина которого возросла до 40 м. В его переднем салоне была установлена кухня. В результате увеличения взлетной массы на самолете были использованы закрылки большей площади, а модернизированный двигатель РД-3 М-500 мог работать в форсажном режиме: в течение 6 мин он развивал повышенную взлетную тягу до 10500 кгс вместо 9500 кгс в крейсерском полете. Всего было изготовлено 95 Ту-104Б. Первые три модификации выпускались до 1960 года. Но после этого инженерная мысль заработала в новом направленииТу-104В — попытка повысить экономичность самолета, доведя количество посадочных мест до 116. Предполагалось выпустить девять таких машин для эксплуатации их в качестве туристических перевозчиков. Однако модель не выдерживала никакой критики в отношении устойчивости в полете. Проект был закрыт.
Ту-104Г и Ту-104Д — машины с салонами повышенной комфортности, использовавшиеся для обслуживания высших партийных и советских чиновников. Созданы на базе Ту-104А и Ту-104Б.Ту-104Е — машина, на которой были установлены двигатели РД-3П с тягой 11 300 кгс и дополнительные топливные баки-кессоны, что позволило довести дальность полетов до 3800 км. При этом за счет усиления механизации крыла удалось снизить длину разбега до 1800 м и пробега при посадке до 1200 м. Были выпущены лишь два самолета данной модификации, что объяснялось перепрофилированием авиазаводов в Харькове, Омске и Казани на другие типы самолетов. Ту-107 — военно-транспортная модель с негерметичным пассажирским салоном, предназначавшаяся как для перевозки техники, так и для десантирования. Была построена лишь одна такая машина, после чего проект был закрыт, поскольку самолет обладал двумя существенными недостатками. Была слишком велика скорость десантирования, и для эксплуатации самолета требовались хорошие аэродромы, что в боевых условиях было далеко не всегда возможно.
Ту-110 стал попыткой повышения безопасности полетов. Эта 95-местная машина существенно отличалась от своего прототипа не только использованием четырех двигателей Д-20П, но и рядом конструктивных особенностей планера. Так, например, двигатели не подвешивались к фюзеляжу самолета, а были прикреплены к крыльям на силовых нервюрах. В результате Ту-110 был способен продолжать полет после отрыва в случае отказа одного двигателя. Повысилась и дальность полетов, увеличилась коммерческая нагрузка. Но из-за бюрократических маневров совета министров было изготовлено лишь четыре такие машины, которые к тому же не были переданы для эксплуатации в ГВФ, а использовались в качестве летающих лабораторий для испытания радиотехнического и навигационного оборудования.
Помимо конструкторских модификаций Ту-104, существовали и переделки машин в процессе эксплуатации под те или иные специфические цели. На «самоделках» тренировали космонавтов, обучали экипажи ракетоносцев КБ Туполева, их использовали для решения санитарно-транспортных задач, применяли в качестве вспомогательных средств при испытаниях сверхзвукового лайнера Ту-144, первый полет которого состоялся 31 декабря 1968 года — на два месяца раньше, чем полет франко-британского «Конкорда».