Туполев начинает работу по созданию Ту-104 в 1953 году. Руководителем программы назначается Дмитрий Марков. Для экономии времени в качестве основы авиалайнера выбирается конструкция Ту-16, впервые поднявшегося в воздух в апреле 1952 года. По этой разработке конструкторы уже успели накопить богатый опыт. Несмотря на то что пассажирский самолет, вполне естественно, требовал переделки фюзеляжа, крыло, шасси, стабилизатор и двигатели, а также многие другие системы – гидравлическую, электрическую, приборы и органы управления можно было с незначительными изменениями позаимствовать у Ту-16. В отличие от «Де Хэвилленд», ОКБ Туполева уже применяло наддув в конструкциях Ту-70, Ту-75, Ту-85 и Ту-95. Таким образом, Туполеву уже был известен весь возможный круг проблем, связанных с разгерметизацией, и он с интересом следил за ходом расследования авиакатастроф самолетов «Комета». С самого начала Туполев и Марков решили: иллюминаторы должны быть круглыми. Дело в том, что слабым местом «Кометы» оказались углы прямоугольных окон пассажирского салона. У Ту-104 этого не было, поэтому и проблемы не возникло.
Марков спроектировал полумонококовый фюзеляж сечением 3,2 м. Первоначальная компоновка салона рассчитывалась на 50 пассажиров, но позднее ее изменили на 70 человек. Крыло, как и у Ту-16, крепилось к фюзеляжу в нижнем положении, без изменений – 35 градусов – осталась и его стреловидность. Для гражданского самолета использовали двигатели Микулина АМ-3 с уменьшенной статической тягой 8 700 кг. В боевой авиации ресурс двигателей был небольшим. Увеличение сроков эксплуатации двигателей гражданского самолета достигалось за счет дефорсирования. Марков спроектировал Ту-104 на 25 000 полетных часов и 12 000 взлетно-посадочных циклов. Памятуя об опыте «Комет», в Жуковском построили большой бассейн, в котором производилась герметизация и разгерметизация фюзеляжа в сборе. Это позволяло получить представление о полетных циклах в течение всего срока эксплуатации самолета.
Одновременно было решено учесть данные отчетов по «Комете» и усилить рамку иллюминатора. Давление наддува в Ту-104 на высоте 10 000 м соответствовало высоте 2 500 м и создавало перепад в 0,57 атмосферы. На начальных этапах проектирования Туполев и Марков предвидели большой риск, связанный с возможностью разрушения стекла кабины. Исходя из этого, экипаж кабины был обеспечен кислородными масками, а на первых двух опытных образцах между кабиной экипажа и пассажирским салоном устанавливалась герметическая стенка. По мере того как конструкторы по итогам наземных и летных испытаний приобретали все большую уверенность в надежности самолета, решено было на серийных машинах герметическую стенку не устанавливать. Отметим также, что Ту-104 впервые в СССР был оснащен панорамной РЛС.
Для подготовки к эксплуатации Ту-104 Министерство авиационной промышленности (МАП) переоборудовало на авиаремонтном заводе № 400 во Внукове пять Ту-16 в тренажеры Ту-104Г для летных экипажей. Одновременно МАП приступает к организации авиаремонтных предприятий в систему, которая будет потом действовать до распада Советского Союза в 1991 году. Каждый тип самолета закрепляется за одним ремонтным заводом. Два и более заводов выделяются только в случае большого парка какого-либо типа самолетов, например Ан-2, которых было свыше 14 000 единиц. Мелкий ремонт, 1-й и 2-й регламенты выполняют эксплуатанты, а регламенты № 3 и № 4 – соответствующий ремонтный завод.
Между тем Марков и его бригада в начале 1955 года построили на заводе № 156 при ОКБ первый Ту-104. Разобранный самолет доставили в Жуковский и здесь вновь собрали. К началу июня завершены испытания по прогону двигателей, проведены наземные и рулежные испытания. 17 июня экипаж, который возглавляет летчик-испытатель Юрий Алашеев, в первый раз поднял самолет в воздух. Имен
Заводские испытания, несмотря на сложность машины, проходили без серьезных осложнений, за исключением нескольких незначительных неисправностей. Затем состоялись государственные испытания. Одна проблема, однако, требовала решения: на большой высоте вблизи грозового фронта и вертикальных воздушных потоков важно было не допустить больших углов атаки, поэтому конструкторы уменьшили пределы центровки за счет перемещения ее задней границы вперед. (Это улучшило размещение полезной нагрузки в самолете и не потребовало никаких технических изменений.) Марков увеличил также угол горизонтального стабилизатора и максимальный угол поворота руля высоты.