Сдав в серийное производство фронтовой бомбардировщик Ил-28, конструкторское бюро С.В. Ильюшина уже в 1951 году развернуло работы по его модификации со стреловидным крылом, что позволило бы увеличить его максимальную скорость до 1000 км/ч. Новый самолет назвали Ил-28-2, а несколько позже — Ил-30. Через два года работы конструкторы пришли к выводу, что на модернизацию низкоскоростного (в пятидесятых годах) самолета Ил-28 (его максимальная скорость 900 км/ч) не стоит тратить время, а лучше создать новый самолет оснащенный заодно и новыми более мощными и современными двигателями. Он получил обозначение Ил-54.

В первый испытательный полет опытный бомбардировщик поднялся еще в 1954 году. Через два года, 25 июня 1956 года, он был продемонстрирован вместе с другими новыми советскими самолетами на подмосковном аэродроме представителям западных государств. После летных испытаний и замены двигательной установки (два Ал-5 по 5000 кГ тяги) на еще более мощные турбореактивные двигатели КБ А.М. Люльки Ал-7 (по 7000 кГ тяги) была выпущена небольшая серия Ил-54. В 1957 году в День авиации 36 этих самолетов участвовали в воздушном параде.