В 1955 году советской противовоздушной обороне понадобились перехватчики дальнего действия для обороны обширной территории Советского Союза. Для того, чтобы предоставить необходимую дальность, возможность нести мощный радар и ракеты типа воздух-воздух, Туполев разработал самолёт, похожий на бомбардировщик «105» (Ту-22). Разработанный Ту-102 впервые взлетел в 1959 и получил название Ту-28П, серийный выпуск начался в 1963. Он был заменён окончательным Ту-128.

Барражирующий перехватчик Ту-128 основан на неудачном сверхзвуковом бомбардировщике Ту-98, у которого были широкое низкорасположенное стреловидное крыло, главные стойки шасси в крыльевых гондолах и низкорасположенный стабилизатор. Два турбореактивных двигателя АЛ-7Ф-2 были расположены в фюзеляже. В отличие от Ту-22, у него не было внутреннего оружейного отсека. Вооружение закреплялось на крыльевых пилонах, а фюзеляж использовался для громадных топливных баков. Ту-28П имел две разделённые кабины для двух человек, располагавшиеся друг за другом.

Ту-128 был чистым перехватчиком с большой нагрузкой на крыло, простым оборудованием и плохим обзором, высокой массой и скромной манёвренностью. Самолёт предназначался для перехвата бомбардировщиков НАТО, таких как B-52, а не для воздушного боя с меньшими самолётами.

Вооружением Ту-128 являлись четыре ракеты воздух-воздух Р-4/К-80 разработки КБ Матуса Бисновата . Обычной конфигурацией вооружения были две Р-4Р с полуактивным радарным наведением на внешних пилонах и две Р-4Т с инфракрасным наведением на внутренних. Комплекс Ту-128 был модернизирован в 70-е годы и принят на вооружение с ракетами Р-4РМ и Р-4ТМ.

Единственной боевой операцией Ту-128, преданной огласке, было уничтожение разведывательных зондов НАТО. В музее 64-го ИАП (2-я эскадрилья, Омск) есть упоминания о том, что в 1975 году лётчики этого полка на истребителях Ту-128 сбили над Казахстаном американский АДА (автоматический дрейфующий аэростат).

Две трети всех выпущенных самолётов оставались на службе в 1980-е годы. Эксплуатация Ту-128 со временем была прекращена с поступлением более новых самолётов, таких как МиГ-31, хотя несколько единиц были оставлены в строю вплоть до 1992 года.