Tu-22M3M型轰炸机是Tu-22M3型轰炸机的重大升级。
俄罗斯最初计划退役Tu-22M3型机队，并用新型的苏霍伊T-60轰炸机取而代之。
然而，由于 T-60型的开发延迟，俄罗斯国防部别无选择，最终决定将这俄罗斯空军和海军航空兵服役的 Tu-22M3轰炸机进行现代化改造，以延长其使用寿命，并提高与新型导弹的兼容性。
改进完毕的Tu-22M3M型，拥有新引擎、新雷达和新导弹系统，大约 有80%的航空电子设备被进行了升级，这将提供飞机等自动地形跟踪能力。
升级后的轰炸机，还可以够携带新型精确打击导弹，例如新型 Kh-32远程巡航导弹和Kh-47M2 Kinzhal空射弹道导弹。
首架Tu-22M3M型，在2018 年推出，并在同年首飞，俄罗斯国防部下令将 30 架 Tu-22M3飞机升级到 Tu-22M3M 标准。
不过，因为当时俄罗斯的 Tu-22M3 轰炸机机队处于相当糟糕的状态，所以苏联最初只生产了250 多架不同版本的 Tu-22M3 轰炸机装备军队。在1992年时，俄罗斯拥有大约 150 架这样的轰炸机。到2019年后，这些轰炸机中只有大约40架还能适航。 由于剩余的飞机的状况和高昂的升级成本，这里便没有继续升级它们。
来到2020年，第二架 Tu-22M3M 首飞， 对日益减少的 Tu-22M3 机队进行升级也很好地表明，未来的苏霍伊T-60型轰炸机或这款俄罗斯中程轰炸机的其他替代品，将在未来 10 年内无法使用装备。
在设计上，这款Tu- 22M3M型使用了一些组件，包括来自 Tu-160M 和 Tu-160M2战略轰炸机的发动机以及航空电子设备。这样做的原因，主要是为了降低组件的生产成本，因为原型进化将是极其昂贵的，所以仅开发和生产大约20套专门用于Tu-160M和Tu-160M2 的组件。
不过，在后续Tu-22M3M 增加30 套订单后后，单价可能会降低，生产可能会更加便宜。
在携行上，Tu-22M3可以携带3 枚Kh-32空射巡航导弹，或4枚 Kh-47M2 Kinzhal空射弹道导弹，或12枚Kh-15巡航导弹。
其中的Kh-32 是Kh-22的现代版本，它可以配备核弹头或500公斤常规弹头，旨在从 600-1000 公里的防区外攻击美国航空母舰和航母战斗群，这种导弹还可以用于打击各种点目标，例如桥梁或区域目标，Kh-32 导弹于 2016 年被俄罗斯军方采用，以取代现已过时的 Kh-22型。
而Kh-47M2 Kinzhal型导弹则是俄罗斯新型空射弹道导弹，它可以携带核弹头或1000公斤常规弹头，该导弹于2018年采用。
最后的Kh-15是另一种巡航导弹，它在1980 年投入使用，同时使用核弹头和常规弹头生产，射程为300公里，用于对抗战舰和水面目标，尽管到 2019 年 Kh-15 导弹的状态尚不清楚，不过一些消息来源报告说，这些老化的导弹将不久后被替换储存起来。
在动力上，Tu-22M3M型使用的是与Tu-160M和 Tu-160M2战略轰炸机相同的库兹涅佐夫 NK-32-02 发动机 。
这些发动机，装有加力燃烧室，这使它比其前身动力更快，最高时速为可达2300 公里/小时。
此外，Tu-22M3M还加装了空中加油系统。因此，这个轰炸机可以很容易地通过鼻子上的驼峰来识别。
最初，Tu-22M系列轰炸机也具有空中加油能力。不过在1991 年后，苏联签署了一项削减战略武器条约（START 1）后，该条约便迫使他们删除了所有的Tu-22M 系列轰炸机的空中加油探测器。
最近有一种趋势，即俄罗斯正在退出与减少进攻性核能力有关的国际协议。这样代表组合新设计后，Tu-22M3M 轰炸机只需一次空中加油，投放射程可达约为7000公里，尽管这样的航程不足以完成战略任务，例如到达美国，但空中加油能力可以显着扩大其航程，提供洲际威慑力。