圖波列夫於1908年進入莫斯科高等技術學校,接受俄國航空先驅茹可夫斯基的教導。空氣動力學暨水動力學中央研究院創辦人之一,於1918年至1935年擔任首任副院長。他並於1920年兼任院內新添的飛機設計局的主任,製造了一系列原生設計的、且為蘇聯最早的全金屬飛機。其中最著名的是於1925年出廠的ANT-4,是全世界第一架大量生產的全金屬、低翼、雙引擎轟炸機。於1934年,他的八引擎飛機ANT20,以俄國劇作家高爾基命名,是當時世界上最大的飛機,翼展達207英呎。飛機的建造目的就是宣傳,它上面配備了無線電台、印刷媒體、照像館、影片投影機和螢幕,它的外面有訊息顯示系統及擴音機。它的客艙及臥椅可容納約100名乘客。ANT-25於1937年創下單翼機的飛行距離世界紀錄,由俄國飛越北極抵達美國華盛頓州,再到加州。
在蘇維埃大整肅期間,圖波列夫被流放到古拉格,但是在第二次世界大戰時被釋放,並因為他所設計的圖二中型轟炸機而獲得史達林獎章。戰後圖波列夫和他的設計團隊完成了許多優秀噴射機及渦槳飛機,包括圖104噴射客機、圖114渦槳客機、超音速的圖144運輸機,以及圖22盲者轟炸機、圖26逆火轟炸機、圖95熊式轟炸機等。圖波列夫投入航空業超過六十年,設計的飛機超過100種。他的學術專業及創新能力使他一直走在世界航空業的尖端。
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