1952 г. экипаж летчика-испытателя Н. Рыбко поднял Ту-16 в воздух, а в декабре 1952 г. уже было принято решение о запуске самолета в серийное производство.
Ту-16 был принят на вооружение в мае 1953 г. Первый серийный самолет сошел со стапелей в Казани 29 октября 1953 г. В общей сложности серийное производство Ту-16 происходило на трех заводах с 1953 г. до конца 1963 г.: на Казанском авиазаводе было выпущено 800 машин, на Куйбышевском авиазаводе – 543 и на Воронежском – 166.
Ту-16 представляет собой моноплан со стреловидным среднерасположенным крылом. Фюзеляж сигарообразной формы, круглого сечения в носовой части, с постепенным обжатием по бокам к корме. Технологически состоит из 6 отсеков: фонарь, передняя гермокабина, центроплан, грузовой отсек, задний технический отсек, кормовая гермокабина.
Экипаж самолета состоял, как правило, из шести человек – командира, второго пилота, штурмана, второго штурмана (штурмана-оператора), воздушного стрелка-радиста и командира огневых установок (оператора РЭБ, средств разведки). Вход в кабины осуществлялся через откидываемые вниз входные люки с лесенками. Катапультирование всех членов экипажа производилось вниз, за исключением двух пилотов – вверх, причем перед катапультированием кресла летчиков по рельсам откатывались назад, для предотвращения травмирования о штурвальную колонку. Для спасения экипажа на море на верхней части фюзеляжа в двух контейнерах укладывались надувные лодки ЛАС-5, а у каждого члена экипажа были индивидуальные лодки МЛАС-1.
Штатным оборонительным вооружением были три дистанционные башенные установки (ДТ-В7 верхняя, ДТ-Н7 с нижняя и ДК-7 корма) и одна носовая пушечная установка ПУ-88 (на ракетных вариантах отсутствует) – всего на самолете было семь двадцатитрехмиллиметровых пушек АМ-23. КОУ мог взять управление всеми установками на себя, от своей прицельной станции. Бомбовая нагрузка во внутреннем грузоотсеке составляла до 3000 кг, в перегрузку можно было загрузить до 9 тонн свободнопадающих бомб, в том числе ФАБ-9000 М-54, начиненную 4297 кг тротила. Предусматривалась и внешняя подвеска свободнопадающих бомб на многозамковые балочные держатели (вместо ракет).
В различных вариантах на самолет также могли подвешиваться крылатые ракеты (КС-1, КСР-2, КСР-5, КСР-11). В двух гермокабинах самолета поддерживалась нормальная для жизнедеятельности температура и давление, до высоты 7250 м. Выше экипаж использовал маски и кислородные приборы. Для обеспечения пилотирования самолета в любых метеоусловиях и для разгрузки экипажа в длительных полетах на самолете установлен электрический автопилот АП-52 М, связанный с системой управления.
Самолеты бомбардировочных вариантов (а также переоборудованные из таких) окрашивались снизу и с боков в белый «противоатомный» цвет.
В 60-е годы самолет Ту-16 состоял на вооружении 20 полков ДА. Всего построено 1507 самолетов различных модификаций. Испытан в качестве носителя ядерного оружия 22 ноября 1955 г.: с самолета Ту-16 А экипажем м-ра Ф.П. Головашко на парашюте была сброшена первая в мире водородная бомба РДС-37 мощностью
