El Tu-80 fue diseñado como un Tu-4 modernizado y agrandado con mayor alcance.

Se iba a conseguir con el uso de motores más eficientes, mejor aerodinámica y depósitos de combustible añadidos.

[1]​ La parte delantera del fuselaje fue rediseñada con un parabrisas en escalón de tipo avión comercial y el fuselaje fue alargado casi 4 m, lo que permitió que las bodegas de bombas y sus puertas fueran alargadas.

Las góndolas de los motores fueron rediseñadas con menos sección transversal para reducir la resistencia.

[3]​ Referencia datos: The Osprey Encyclopedia of Russian Aircraft 1975–1995[4]​