上世纪六十到八十年代，苏联为打击北大西洋公约组织成员国而计划生产当时新型的中型战略喷气轰炸机，在最终定型开始批量生产后，中国就多次派出代表团前往苏联交涉希望能仿制该机，最终在代表团的努力下苏联同意援助中国建设中型轰炸机的制造厂。接到这个好消息后航空工业局立即行动，首先整建哈尔滨飞机制造厂，并将生产业务分配给该厂执行。
根据两国协议，首先由苏联提供两架样机给中方，加深对其的了解与认识,为下一步制造打好基础，下一阶段就是提供部件进行组装，以便熟悉生产过程和工艺标准，最后就是提供原材料进行加工对比，实现各种原材料的国产化。不久两架作为样本的飞机交由技术人员实际练习组装，仅用了两个多月的时间就完工，并且试飞成功，由于专家撤离，所以该型轰炸机的研制工作被迫暂时停止。几年后仿造任务全部转给西安飞机制造厂继续进行，并正式命名轰-6。
自制的首款飞机顺利通过静力试验，相比于当时一般的轰炸机型，它的独特之处在于炸弹舱具有隔热和温度调节的功能，能够在投放前一直为所挂带的核武器提供稳定的密闭环境，另外该型机还根据测试时的实际需求安装了必要的核试验监测和记录设备。当时量产后就服役于空军和海军航空兵部队，第一时期的轰-6轰炸机还处于摸索阶段，战力基本在二战水平，只能临空投放铁炸弹，面对美苏的大量的防空导弹，可以说是难以招架。
到了1975年，国内以轰-6为基础开始专门为海军航空兵研发可以执行远距离攻击船舰的衍生机型。新型机最初命名为轰-6IV，设计时将它的主要武装改为两枚全新概念的鹰击导弹，由于是新式的武器系统，因此耗费了六年才成功首飞原型机，又历经两年才最终完成系统整合以及实弹试射等测试工作。他在机首下方配备了自动导航系统和导弹导引系统，原本机鼻的机炮也随之被取消自卫武器剩下六门机炮，在该机外覆盖了一个大型的雷达罩，相比于之前机型圆弧形轮廓的雷达罩，它的底面较平可以选择三百六十度或扇形两种扫描模式。
九十年代初期，随着与苏的关系逐渐缓和，中国为加强空军的战略打击能力，曾试图采购一批超音速轰炸机，但最后这笔交易却因为价格以及该机攻击性强大等综合原因未能达成，在仿造研发新机没有希望的现实情况下，无奈只能再度恢复轰-6的升级生产。按照当时军方希望设计一架可以从远距离发射武器机型的急切需求，该款名为轰-6G的轰炸机不久就出世了，它可以一次携带四枚鹰击空舰导弹，并且机背机侧和机尾等处的炮塔全都被取消，取而代之的是整流罩造型，该型机随后进入解放军海军进行服役。这个时期的轰-6轰炸机虽然拥有了一定远程打击能力，但武器还很落后，在没有制空权下用途相当有限。
随着时代的进步与科技的成熟，目前生产的新型轰-6K在性能上有了质的飞跃，能够优秀地服务于我国军事部队。虽然受到涡喷发动机的性能限制，新型机在航程与载弹量方面并无显著的提升，但是携带四枚巡航导弹作战半径已经超三千公里，随着中国军事研发能力的巨大进展，在后续的改进里轰-6还将成为携带精确制导弹药的空中武器投射平台，实现了从常规临空轰炸向视距外精确打击的转变。
该型机也使中国空军成为继俄罗斯、美国空军之后，第三个拥有空中投射远程巡航导弹的国家。对于美军部署了防远程巡航导弹能力的周边基地带来实质性的威胁，因为一般实战中敌方的空中威胁不会超出中国海岸线一千公里，该机携带六枚机载巡航导弹，射程完全能够攻击到这个范围。可以说阿富汗、印度、日韩等亚洲国家的美军基地都在它巡航导弹的攻击范围以内，合理利用我国广大的疆域的优势，就连澳大利亚也能够涵盖。这个时期的轰-6轰炸机已经具备与美国B-52型轰炸机相同的威慑作用。
四至六架轰炸机组成的小型攻击机群就能够打击三十个以上的作战目标，如果在实战中大规模投入攻击，估计目前没有任何防空系统有能力一次性拦截数量众多的巡航导弹。目前它已经能够完成战略核攻击以及常规远程精确打击的任务，我国空军将继续将它改良下去，轰-6的改进型在未来将有无限可能。