Первоначально была предпринята попытка создать двухпушечную установку с пушками НС-23 на основе одноствольной установки Ил-22, однако такая система имела недостаточную маневренность, и было решено разработать принципиально новую конструкцию. Оружейникам ОКБ удалось в сравнительно короткий срок создать уникальную для своего времени установку, Ил-Кб имеющую боезапас 225 снарядов на ствол и способную наводиться на ±70° по горизонтали, 60° вверх и 40° вниз (для сравнения установка американского бомбардировщика Боинг В-29 имела горизонтальные и вертикальные углы наведения ±30°). Электрогидравлический привод обеспечивал наведение оружия в нормальном режиме со скоростью 15—17°/с, а в форсированном режиме — 36°/с. Мощность привода обеспечивала его нормальную работу на скорости до 1000 км/ч.

Для Ил-28 разрабатывался комплекс радионавигационного и связного оборудования. Бомбардировщик предполагалось оснастить радиовысотомером, системой слепой посадки и панорамным радиолокатором, обеспечивающим самолетовождение, поиск и прицелевание по наземным целям.

Эскизный проект самолета был утвержден СВ. Ильюшиным 12 января 1948 г. Несмотря на то что задание на фронтовой бомбардировщик в то время уже имело ОКБ А.Н. Туполева, было принято решение продолжать разработку Ил-28 в инициативном порядке (лишь в июне 1948 г. создание этого бомбардировщика было узаконено).

8 июля 1948 г. первый опытный Ил-28, пилотируемый летчиком-испытателем В.К. Коккинаки, впервые поднялся в воздух.

30 декабря 1948 г. начались испытания бомбардировщика с более мощным двигателем РД-45Ф. После успешного завершения заводских испытаний эта машина была передана на государственные испытания, начавшиеся в феврале 1949 г. В мае их результаты были доложены И.В. Сталину одновременно с результатами госиспытаний «конкурента» — фронтового бомбардировщика Ту-14. После детального рассмотрения достоинств и недостатков этих самолетов предпочтение было отдано машине СВ. Ильюшина (Ту-14 также решено было строить серийно, но в варианте торпедоносца).

Прототип серийного самолета, совершивший первый полет 8 августа 1949 г., имел новые двигатели ВК-1 (2 х 2700 кгс), установленные в гондолах с «поджатием» (такая форма соответствовала «правилу площадей», внедренному на американских боевых самолетах лишь несколько лет спустя). Радиоприцел, ранее размещавшийся в хвосте, был перенесен в носовую часть фюзеляжа, ряд изменений был внесен в гидросистему, шасси и другие узлы бомбардировщика. В ходе государственных испытаний была достигнута максимальная скрость 906 км/ч и дальность с 1000 кг бомб 2445 км.

14 октября 1949 г. был утвержден эскизный проект учебно-тренировочного самолета Ил-28У с модернизированной носовой частью фюзеляжа, в которой размещалась кабина инструктора. Первый полет этого самолета состоялся 18 марта 1950 г. Благодаря использованию первого опытного Ил-28У первый строевой бомбардировочный полк удалось переучить на Ил-28 уже к маю 1950 г.

19 апреля 1950 г. состоялся первый полет разведчика Ил-28Р, оснащенного фотооборудованием, расположенным в бомбоотсеке и специальном фотоотсеке в хвостовой части фюзеляжа. Для увеличения дальности полета на этом самолете была модернизирована топливная система (дополнительный топливный бак установили в грузоотсеке, кроме того, на консолях крыла имелось два ПТБ). В связи в увеличением взлетной массы разведчика размер колес основных стоек шасси был увеличен, а вместо воздушной системы уборки была применена более мощная гидравлическая.