飞机作为军用是从侦察开始的，空中侦察的作用是无可置疑的，在侦察飞行中顺便甩几颗手榴弹或迫击炮弹就成了“轰炸机”的开端。
在飞机用于军事后不久，人们就开始用飞机轰炸地面目标的试验。1911年10月，意大利和土耳其为争夺北非利比亚的殖民利益而爆发战争。11月1日，意大利的加福蒂中尉驾一架 “朗派乐 ─道比”单翼机向土耳其军队投掷了4枚重约2公斤的榴弹，虽然战果甚微，但这是世界上第一次空中轰炸。
这期轰炸任务都是由经过改装的侦察机来进行的。炸弹或炮弹垂直悬挂在驾驶舱两侧，待接近目标时，飞行员用手将炸弹取下向目标投去，其命中精度可想而知。1913年2月25日，俄国人伊格尔·西科尔斯基设计的世界上第一架专用轰炸机首飞成功。这架命名为 “伊里亚·穆罗梅茨”的轰炸机装有8挺对地机枪，最多可载弹800公斤，机身内有炸弹舱，并首次采用电动投弹器、轰炸瞄准具、驾驶和领航仪表。 1914年12月，俄国用 “伊里亚·穆罗梅茨”组建了世界第一支重型轰炸机部队。于1915年2月15日首次空袭波兰境内德军目标。第一次世界大战期间，轰炸机得到迅速发展和广泛使用。当时轰炸机的时速不到200公里，载弹量1吨左右，多为双翼机。第二次世界大战期间，轰炸机又有新发展，装有4台发动机的重型轰炸机是轰炸机发展到新水平的标志，载弹量可达8─9吨，航程为2600─7000公里，其中尤以美国的B-29最为超群显赫，它不仅是投向广岛、长崎两颗原子弹的载机，投下大批燃烧弹，造成著名的东京大火，十几万日本平民伤亡也是B-29的“赫赫战果”。
第一次世界大战期间，德国使用“齐柏林”式飞艇分别对比利时、波兰华沙、法国巴黎和英国实施了轰炸，由此拉开了战略轰炸的序幕。轰炸机从此逐步走上了空中战场舞台。尽管谁都认为飞机比飞艇更适宜于进行轰炸，但在当时，关于使用飞艇还是使用飞机进行轰炸这个问题，各国认识是不一致的。由于各国认识上的不一致，因此，在研制轰炸机方面，有的早，有的晚，有的进展快，有的进展慢。俄国人早在第一次世界大战前就已经认识到了飞机终将取代飞艇。因此，俄国在研制轰炸机方面，成为当时世界上最先进的国家。俄国人率先开始研制轰炸机，并取得了令世人瞩目的成就。第一次世界大战的中期（1915年）已出现了专门研制的轰炸机，它就是前苏联的一种重型四发轰炸机，称“伊利亚·穆罗梅茨”Ⅱ型，由波罗的海铁路工厂研制。该机起飞重量4 590千克，可载炸弹520千克，乘员7名，每台发动机功率110千瓦（150马力）。另一种是意大利的“卡普罗尼Ca32”型三发轰炸机，由卡普罗尼航空工程公司研制，起飞重量3 300千克，可载炸弹850千克，乘员4名，每台发动机功率73.5千瓦（100马力）。但真正开始用飞机专门轰炸特定目标的是德国人，1917年德国对伦敦和英格兰南部的持续轰炸，特别是夜间轰炸，开创了一个残酷杀伤平民百姓的先例，并引起英国后来的报复。从此也就有了“战略轰炸机”的称谓。
二战前夕，远程轰炸机受到重视的程度在各国是不同的。英国一贯重视远程轰炸机的研制，因此先后有“哈利法克斯”（Halifax）、“兰开斯特”（Lancaster）等优秀机型参战。美国在二战开始时军用飞机性能落后，由于有强大的工业和技术基础，后期才大量出现一流的作战飞机。美国远程轰炸机最有名的是B-17、B-24、B-25和B-29（B29轰炸机是曾轰炸日本广岛、长崎的美军轰炸机）。德国的He系列：He-177A-3、He-177A-4、He-177A-5、He-177A-7、He-177B、He-177B-0、He-117B-5、He-117B-7。苏联对远程轰炸机的作用则有不同看法，加上工业基础的关系，优先发展战斗机是适合国情的。1932～1937年生产的TB-3型共装备818架。1949年的别-8四发轰炸机，起飞重量32吨，载弹2吨，航程4700千米，则只生产了79架。德国一贯只重视战术轰炸机，特别“迷信”俯冲轰炸机，在批生产的轰炸机系列中根本没有远程轰炸机的位置，也不支持研制。所以当征服大部分欧洲后，需要从空中攻击英国和空袭苏联时，特别是需要轰炸已搬迁到乌拉尔山区的苏联军工厂时才发现没有可用的武器，而这时已经晚了。二战时，德国量产且堪用的重型轰炸机仅有He 177一款。日本也有类似情况，但不是不想研制而是受技术力量和财力所限。1943年开始发展的G8N1型“连山”四发重轰炸机，大小、性能和布局都与B17相似，航程为3950千米，载弹2～3吨，到投降时只试制了4架，并且尚未全部试飞。 自现代喷气式战略轰炸机问世以来的50多年里，其发展已经经历了三个明显的阶段：
第一个阶段是上世纪60、70年代服役的苏联米亚-4、英国三V轰炸机（“胜利”、“火神”、“勇士”）、美国B-47、B-52等。这一时期，主要是以喷气动力轰炸机取代螺旋桨动力轰炸机，首先解决的是发动机问题。由于前苏联喷气发动机技术尚不过关，米亚-4轰炸机航程达不到设计要求，因此很快退役改成空中加油机，其战略轰炸任务主要还是由螺旋桨动力的图-95来担任。特别指出的是，图-95虽为螺旋桨动力，但其速度与同时代喷气轰炸机速度相差无几。图-95能使用到今天，跟其NK-12涡轮螺旋桨发动机的成功有很大关系。超音速无疑在战略战术使用上比亚音速具有更多的优点，可以使轰炸机快速抵达目标、依靠速度可以降低被拦截和攻击的几率，突防能力也大大增强。由于喷气式发动机发展很快，飞机设计也突破了一些技术瓶颈。在亚音速轰炸机出现不久，苏美两国就开始研制超音速战略轰炸机。但这一时期出现的超音速轰炸机都只是昙花一现，究其原因，主要是超音速设计的战略轰炸机无法解决速度和航程的矛盾：要达到超音速就无法满足航程的要求，要达到航程的要求就无法超音速。美国B-58就存在这个问题，为此不得不在机腹部携带一个超大型油箱，限制了战术使用能力。
第二阶段是上世纪80年代。超音速战略轰炸机由于采用了变后掠翼设计，解决了速度与航程的矛盾，这一阶段的代表是苏联图-160（北约称其为“海盗旗式”轰炸机）、图-22M和美国B-1B（枪骑兵）等。超音速战略轰炸机的出现使得战略轰炸机的突防能力大大增强，打击能力也相应提高，但成本高昂，加之当前形势，这些轰炸机未能得到充分发展。
第三阶段是上世纪末期隐身战略轰炸机的出现。上世纪80年代，美国空军的ATF和海军的ATA项目首次将隐身概念运用到了作战飞机的设计中。隐身或称低可探测性可以使作战飞机减少被发现和被攻击的几率，可以达成战略战役上的突然性，生存能力显着提高。隐身技术的出现开创了一个全新的技术领域，改变了战斗机、攻击机和轰炸机的作战方式，使作战飞机进入全新时代。隐身战略轰炸机只有美国B-2一种，据称其雷达反射截面积（RCS）只有0.3平方米，而B-52的RCS值达到100平方米。
现代高亚音速轰炸机多采用大展弦比的后掠翼，以保证飞机有较高的巡航速度和升阻比。上单翼布局形式可使机翼仅从机身上部穿过，这样，在飞机重心附近的机身内可以用来放置炸弹。炸弹舱的底部有可在空中开启的舱门。由于炸弹布置在重心附近，空中投弹以后，重心不会有很大变化，便于保持飞机的平衡。喷气轰炸机载油量大，除机翼内放置部分燃油外，机身内炸弹舱的前后也对称地布置有许多油箱。
飞机上装有完善的通信导航设备、轰炸瞄准装置和电子干扰设备等，以保证飞机准确飞抵预定目标区域，完成轰炸任务。通常飞机上除正、副驾驶员外，还有轰炸领航员、报务员、射击员等。为抵御敌方战斗机的攻击，50年代以前设计的轰炸机上普遍装有旋转炮塔。60年代以后，由于空空导弹的发展，炮塔自卫已失去意义。现代轰炸机多靠改善低空突防性能、采用隐身技术来提高自卫能力。
