Tiêm kích Tu-28 được bắt đầu thiết kế từ năm 1958, trước yêu cầu tìm kiếm một phương tiện có thể bảo vệ không phận Liên Xô trước các máy bay ném bom chiến lược trang bị vũ khí hạt nhân của Mỹ. Yêu cầu đặt ra là máy bay phải có tầm hoạt động rộng, trang bị radar mạnh cùng tên lửa không đối không uy lực.
Chiếc Tu-28 dựa trên nguyên mẫu máy bay ném bom siêu âm Tu-98 đã thất bại trước đó.
Ban đầu nó nhận tên định danh Tu-28 nhưng đến năm 1963 được đổi lại thành Tu-128, theo mã của Phòng thiết kế thử nghiệm.
Thông số kỹ thuật của Tu-28 rất ấn tượng bao gồm chiều dài 30,06 m; sải cánh 17,53 m; chiều cao 7,15 m; diện tích cánh 96,94 m2; trọng lượng rỗng 24.500 kg; trọng lượng có tải 40.000 kg; trọng lượng cất cánh tối đa 43.700 kg.
Kích cỡ của Tu-28 lớn hơn rất nhiều các máy bay tiêm kích cùng thời cũng như hiện tại.
Trái tim của Tu-28 là 2 động cơ phản lực Lyulka AL-7F-2 có lực đẩy khô 72,8 kN và lên tới 99,1 kN khi bật tăng lực, cho tốc độ tối đa 1.920 km/h khi không mang vũ khí hoặc 1.665 km/h khi trang bị đầy đủ, tầm hoạt động 2.565 km, trần bay 20.000 m.
Tu-28 thực hiện chuyến bay đầu tiên vào năm 1961 và ra mắt năm 1964, phiên bản đại trà Tu-28P lắp radar Smerch (NATO gọi là Big Nose) băng tần I có tầm trinh sát 50 km và khóa được mục tiêu cách xa 40 km.
Tuy năng lực của radar tương đối ưu việt so với sản phẩm cùng thời điểm nhưng phương thức tác chiến của Tu-28P vẫn phụ thuộc nhiều vào việc dẫn hướng từ mặt đất.
Tu-28 có một số nhược điểm như hệ thống điện tử khá đơn sơ, tầm quan sát kém, trọng tải thấp, độ cơ động không cao. Nhưng vì nhiệm vụ là đánh chặn máy bay ném bom chiến lược của đối phương nên điểm yếu trên không thực sự quá quan trọng.
Vũ khí trang bị của Tu-28 gồm 4 tên lửa không đối không Bisnovat R-4 (AA-5 Ash), nó thường mang 2 đạn R-4R (đầu dò radar bán chủ động) và 2 đạn R-4T (đầu dò hồng ngoại).
Tên lửa R-4 cũng không được đánh giá cao về tính năng kỹ chiến thuật.
Tổng cộng đã có 198 chiếc Tu-28/Tu-128 xuất xưởng (bao gồm cả 10 chiếc phiên bản huấn luyện Tu-128UT).
Phần lớn chúng hoạt động trong thập niên 1980, một vài chiếc phục vụ trong Không quân Nga tới tận năm 1992 trước khi bị thay thế hoàn toàn bởi MiG-31.