Самолет имел прямое высоко расположенное крыло большого удлинения и стреловидное хвостовое оперение, обеспечивающее устойчивость и управляемость на скоростях до 900 км/ч. Основной конструктивной особенностью крыла явился технологический разъем по линии хорд вдоль всего размаха. При этом каждая половина крыла разделялась на ряд панелей, включавшей в себя все элементы продольного и поперечного набора, что позволяло значительно расширить фронт сборочных работ и, следовательно, ускорить постройку самолета. Другие элементы конструкции бомбардировщика также были выполнены с учетом требований крупносерийного производства в военное время.
Новым была разработка для самолета подобного класса автоматической воздушно-тепловой противообледенительной системы (необходимость установки которой подсказывал опыт войны).
Экипаж размещался в двух герметизированных кабинах, лет чик и штурман снабжались катапультными креслами, а стрелок- радист в случае аварии покидал самолет через нижний входной люк (что было довольно трудно на больших скоростях и иногда приводило к гибели этого члена экипажа). Рабочее место штурмана располагалось в застекленном носу, где устанавливался оптический бомбардировочный прицел. Летчик имел фонарь «истребительного» типа, обеспечивающий отличный обзор.
Значительные усилия конструкторы ОКБ уделили созданию и отработке оборонительного вооружения машины. В отличие от англичан, на основе опыта применения в годы войны самолета «Москито» полностью отказавшихся на своих реактивных бомбардировщиках (в частности, самолете «Канберра» – аналоге Ил-28) от оборонительного вооружения и сделавших ставку на повышение высотных характеристик, в СССР, также на основе военного опыта, полагали, что фронтовая авиация будет действовать преимущественно на малых и средних высотах, позволяющих обнаруживать и поражать малоразмерные цели, а здесь стрелково-артиллерийское вооружение может оказаться очень полезным. Оптимальным было признано оснащение самолета кормовой пушечной установкой, имеющей, по сравнению с Ил-22 расширенную сферу обстрела в вертикальной и горизонтальной плоскости, а также увеличенные скорости наведения. Первоначально была предпринята попытка создать двухпушечную установку с пушками НС-23 на основе одноствольной установки Ил-22, однако такая система имела недостаточную маневренность, и было решено разработать принципиально новую конструкцию. Оружейникам ОКБ удалось в сравнительно короткий срок создать уникальную для своего времени установку, Ил-Кб имеющую боезапас 225 снарядов на ствол и способную наводиться на ±70° по горизонтали, 60° вверх и 40° вниз (для сравнения установка американского бомбардировщика Боинг В-29 имела горизонтальные и вертикальные углы наведения ±30°). Электрогидравлический привод обеспечивал наведение оружия в нормальном режиме со скоростью 15-17°/с, а в форсированном режиме – 36°/с. Мощность привода обеспечивала его нормальную работу на скорости до 1000 км/ч.
