ในปีพ.ศ. 2498 การป้องกันทางอากาศของโซเวียตหรือพีวีโอ (Soviet Anti-Air Defense) ได้ประกาศข้อจำกัดของเครื่องบินสกัดกั้นพิสัยไกลเพื่อป้องกันอาณาเขตอันกว้างใหญ่ของสหภาพโซเวียต ซึ่งกว้างมากจนสภาพทางเศรษฐกิจก็ไม่เพียงพอที่จะสร้างฐานป้องกันทางอากาศได้ทั้งหมด เพื่อสร้างพิสัยและความสามารถในการติดตั้งเรดาร์และขีปนาวุธอากาศสู่อากาศที่จำเป็น ตูโปเลฟจึงได้สร้างเครื่องบินที่คล้ายคลึงกับเครื่องบินทิ้งระเบิดแบบตู-105 (ตู-22) ขึ้นมา

หัวหน้าการสร้างตูโปเลฟ ตู-28 คือไอ เนซวัล[1]ตู-102ทำการบินครั้งแรกในปีพ.ศ. 2502 พร้อมกับรุ่นที่เริ่มปฏิบัติการ ตู-28พีที่เข้าสู่การผลิตในปีพ.ศ. 2506 ต่อมามันถูกแทนที่ในการผลิตโดยตู-128 แบบสุดท้าย

ด้วยการใช้พื้นฐานจากเครื่องบินทิ้งระเบิดเหนือเสียงตู-98 ที่ไม่ประสบความสำเร็จ มันมีปีกลู่ขนาดใหญ่ที่ด้านใต้มีล้ออยู่ภายในปีกและปีกหางแนวนอน มีเครื่องยนต์ไอพ่นเทอร์โบ ไลยูก้า เอแอล-7เอฟ-2 สองเครื่องยนต์ติดอยู่ที่ลำตัว ไม่เหมือนกับตู-22 ที่มันนั้นไม่มีห้องเก็บอาวุธภายในลำตัว อาวุธจะติดตั้งอยู่ที่ใต้ปีกพร้อมกับมีลำตัวไว้เพื่อถังเชื้อเพลิงขนาดใหญ่ ตู-28พีมีสองที่นั่งเรียงกันพร้อมฝาเปิดที่แยกจากกัน

ผู้เชี่ยวชาญฝั่งตะวันตกคิดว่าตู-102 มีเรดาร์ที่ท้องขนาดใหญ่ แต่ส่วนที่นูนนั้นจริงๆ แล้วเป็นเพียงอุปกรณ์ทดสอบเท่านั้น การผลิตตู-28พีให้มีส่วนคล้ายโดมที่เรียกว่าเรโดม (radome) สำหรับเรดาร์ที่เรียกว่าสเมิร์ช (Smerch) ซึ่งมีระยะตรวจจับได้ประมาณ 50 กิโลเมตรและล็อกเป้าหมายได้ประมาณ 40 กิโลเมตร ถึงแม้ว่าพลังเรดาร์ของมันจะดี เครื่องบินก็ยังต้องพึ่งพาการสกัดกั้นที่ควบคุมจากพื้นดินเพื่อชี้เป้าให้กับนักบิน หลายปีต่อมามันมักทำงานคู่กับตู-126 ในฐานะเครื่องบินสกัดกั้นตู-28พีจึงไม่มีระบบต่อต้านอิเลคทรอนิกหรือระบบป้องกันอื่นๆ ไม่มีแม้กระทั่งเรดาร์เตือนภัยอย่างของซุคฮอย

ตู-128 เป็นเครื่องบินสกัดกั้นสมบูรณ์และด้วยน้ำหนักบรรทุกที่ปีกที่สูง ระบบอิเลคทรอนิกที่ไม่ทันสมัย และทัศนวิสัยที่แย่ ทำให้มันเป็นเครื่องบินที่ไม่คล่องแคล่วอย่างไม่ต้องสงสัย มันถูกมอบหมายให้โจมตีเครื่องบินทิ้งระเบิดของนาโต้เป็นหลัก อย่าง บี-52 ไม่ใช่การต่อสู้กับเครื่องเครื่องินขนาดเล็กลำอื่น

อาวุธของตู-128 คือขีปนาวุธอากาศสู่อากาศบิสโนวัท อาร์-4 โดยมักมีอาร์-4อาร์สองลูกและอาร์-4ทีสองลูก ถึงแม้ว่าขีปนาวุธเหล่านี้จะโบราณ แต่มันก็ไม่เคยถูกแทนที่ด้วยอาวุธที่ใหม่กว่าเลย

การผลิตตู-128 สิ้นสุดลงในปีพ.ศ. 2513 พร้อมเครื่องบินทั้งสิ้น 188 ลำที่ถูกสร้างออกมา นอกจากนั้นยังทีแบบสำหรับฝึกอีก 10 ลำที่ถูกผลิตขึ้นในปีพ.ศ. 2514 และอีก 4 ลำดัดแปลงมาจากเครื่องบินขับไล่ ใช้ชื่อว่าตู-128ยูทีพร้อมห้องนักบินเพิ่มที่ด้านหน้าสำหรับนักบินแทนที่เรดาร์ โครงการพัฒนาที่ใช้ชื่อตู-138 และตู-148 ถูกละทิ้งก่อนที่จะมีการดำเนินการเพิ่ม