Ту-80 - ближайшее развитие Ту-4 того же назначения - дальний бомбардировщик, по сути дела - попытка несколько улучшить Ту-4 за счет аэродинамики при силовой установке АШ-73ТКФН и том же (в общем) крыле, которое было поднято (против Ту-70) и стало среднерасположенным.
Консоли крыла устанавливались без поперечного V с целью уменьшить склонность к поперечной раскачке. Расположение экипажа было изменено ввиду изменения конструкции передней части фюзеляжа. Пушечное и бомбардировочное вооружение по сравнению с Ту-4 усилено. По расчетам этот самолет мог брать до 12 тонн бомб.
Бортовые смотровые выступы (блистеры) за крылом сделаны полуутопленными. В целом различия были небольшие: конструкция была облегчена, крыло чуть увеличено (на 3,5%, т.е. до 167 м2), запас топлива увеличен на 15 % против Ту-4, так как преследовалась цель увеличить дальность полета. С нагрузкой же в три тонны его дальность полета превышала 7 тыс. км.
Существенное увеличение дальности было получено на Ту-85, а Ту-80 остался промежуточным типом, не имевшим перспектив. Его первый полет был 1 декабря 1949 года. На заводских испытаниях самолет показал на высоте 10 км скорость до 545 км/ч. Полных летных испытаний Ту-80 не проводили, так как в этот период в ОКБ велась разработка самолета "85", который по летным характеристикам должен был существенно превосходить и Ту-4 и Ту-80.