Jabarkan Desain dan pengembangan dari Ilyushin Il-4

Pada tahun 1938, biro desain Ilyushin mendesain ulang pesawat Ilyushin DB-3 untuk memudahkan produksi dan meningkatkan kinerja pesawat tersebut. Versi revisi ini diberi nama DB-3F (F untuk Forsirovanniye atau "didorong"). Struktur internal pesawat, terutama sayap, diubah secara ekstensif, sehingga penyelesaian strukturnya tidak perlu dilakukan dengan tangan dan duralumin menggantikan penggunaan baja skala besar yang digunakan pada versi sebelumnya. Sistem bahan bakar pesawat didesain ulang, meningkatkan kapasitas internal sekaligus mengurangi jumlah tangki bahan bakar. Moncong pesawat diperpanjang untuk memberi lebih banyak ruang bagi navigator/pembombardir. Prototipe DB-3F ditenagai oleh mesin Tumansky M-87 B dengan tenaga  yang diambil dari pesawat DB-3M. Penerbangan perdananya dilakukan oleh Vladimir Kokkinaki pada 21 Mei 1939.

Pesawat ini berhasil melewati tes dan memasuki masa produksi pada Januari 1940 dengan menggunakan mesin Tumansky M-88 bertenaga  yang menggantikan mesin M-87 yang digunakan sebelumnya. DB-3F didesain ulang menjadi Il-4 pada Maret 1942. Beberapa seri pesawat ini memiliki badan pesawat dan sayap luar yang terbuat dari kayu untuk menghemat logam, dan selama produksi, mesin dan tangki bahan bakar ditingkatkan untuk meningkatkan kinerja dan mempertahankan daya jangkauan terbang. Namun perubahan yang paling menonjol adalah penambahan senjata pertahanan yang lebih besar di turret, dimana digunakan senapan mesin UBT 12.7 mm (0,5 in) menggantikan 7.62 mm (0,3 in) yang dipakai sebelumnya. Selain itu, dikarenakan penembak sering diserang terlebih dulu, terdapat balok pelindung yang ditempatkan di sekitar posisi penembak.

Bobot ekstra ini tidak diimbangi oleh mesin yang lebih baru, sehingga Il-4 terbukti lebih lambat dari versi sebelumnya hanya memiliki kecepatan 404 km/jam (251 mph). Upaya untuk meningkatkan kinerja dilakukan dengan pengembangan Il-6 dengan menambahkan mesin diesel lebih besar dan persenjataan yang lebih berat. Namun, mesinnya terbukti tidak dapat diandalkan dan produksi tidak pernah dimulai.