Le Tu-2 a été conçu pour répondre au besoin d'un bombardier rapide ou bombardier en piqué, avec une forte capacité d'emport interne et une vitesse proche de celles des chasseurs monoplaces. Comparable au bombardier allemand Junkers Ju 88, plusieurs versions furent produites : bombardier-torpilleur, intercepteur, avion de reconnaissance.
Désigné Samolyet 103 (Avion 103), il a été développé par des prisonniers, dont Sergueï Korolev, père du programme spatial soviétique. Le premier prototype a été terminé dans l'usine N156 et fit son premier vol d'essai le 29 janvier 1941, piloté par Mikhail Nioukhtikov. Quand le moteur Mikulin AM-37 fut abandonné pour concentrer les efforts sur le Mikulin AM-38F (en) de l'Iliouchine Il-2, Andreï Tupolev a dû revoir la conception de l'avion pour s'adapter au nouveau moteur. Les différentes versions du Tu-2 sont également connues sous les désignations ANT-58 à ANT-69.
Au total, 2 257 Tu-2 ont été produits.
Le troisième avion "103B" (B - haute altitude) devait être équipé de moteurs turbocompressés M-120 TK-2. Mais il y avait un "mais" - au printemps 1939, les moteurs M-120 n'existaient pas encore en métal. Par conséquent, ils ont décidé de les remplacer par des moteurs radiaux M-82 d'une capacité de 1330/1700 ch. Il était supposé que la voiture serait prête pour le 15 août 1941. Cependant, en raison de l'évacuation, les délais n'ont pas pu être respectés. L'avion inachevé "103B" a été envoyé à Omsk à l'usine numéro 166. Il y avait un autre "mais" - l'usine numéro 166 n'existait pas encore non plus. Il n'y avait qu'un atelier vide inachevé, où les avions auraient dû être assemblés. Les prototypes et les premières machines étaient assemblés sous une bâche tendue en lieu et place d'un toit. 7 octobre 1941 A.N. Tupolev a été nommé au poste de concepteur en chef de l'usine numéro 166.