Работа над Ту-334 началась ещё в конце 1980-х годов. Самолет рассматривался как замена Ту-134 на региональных линиях, а для ускорения его сертификации и подготовки производства он должен был быть максимально унифицирован.

Первоначально рассматривались два варианта Ту-334: первый — с двухконтурными двигателями на пилонах под крылом, второй — с винтовентиляторными двигателями с толкающим винтом в хвостовой части фюзеляжа. Для реализации был выбран второй вариант, однако, позже двигатели были заменены на двухконтурные Д-436 Запорожского КБ. При проектировании Ту-334 многие агрегаты были заимствованы у Ту-204. Это стало одной из причин переутяжеления самолёта на 4 тонны. Из-за перевеса двигательной установки была нарушена центровка, что привело к переделкам фюзеляжа: на первой опытной машине был вырезан отсек в хвостовой части.

Первоначально планировалось развернуть производство Ту-334 на двух заводах — в России на КАПО имени С. П. Горбунова и на Украине на киевском заводе «Авиант», но впоследствии принято решение производить его только в России. Производство должно было быть организовано на мощностях РСК МиГ в Москве и Луховицах, предприятия начали получать конструкторскую документацию и проводить технологическую подготовку производства.

В 1993 году была попытка привлечь к проекту фирмы «Аэроспасьяль» и «Аления». Анализ европейских специалистов показал перевес самолёта в 3-4 тонны и необходимость спроектировать новое крыло большей площади. По ряду причин сотрудничество не состоялось.

Прототип Ту-334 совершил первый полёт 8 февраля 1999 года в 12:50 по московскому времени под командованием А. Н. Солдатенкова и был впоследствии показан на нескольких авиационных выставках. Было изготовлено два лётных образца Ту-334.

В 2003 году был представлен базовый вариант Ту-334-100 для серийного производства. 30 декабря 2003 года Ту-334-100 получил Сертификат типа СТ231-Ту-334-100.

В 2005 году был проведён ряд испытаний для расширения ожидаемых условий эксплуатации. В результате выполненных работ к Сертификату типа была получена карта данных издания № 2, подтверждающая возможность эксплуатации самолёта без ограничений практически во всех регионах мира.

В дальнейшем проводились дополнительные испытания самолёта.

15 апреля 2005 года подписано постановление Правительства об организации серийного производства Ту-334 на КАПО имени С. П. Горбунова. Однако это постановление не выполнено — Ту-334 не был включён в Федеральную целевую программу (ФЦП) «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002—2010 годы и на период до 2015 года». По данным Счётной палаты, это произошло не по результатам анализа рынка, изучения спроса и предложения, а в связи с тем, что разработчиками ФЦП Ту-334 признан конкурентным по отношению к проекту Sukhoi Superjet 100.

На середину 2007 года собрано в общей сложности пять планеров (в том числе два для проведения статических и ресурсных испытаний и два лётных экземпляра).

Несмотря на сложности с запуском в серийное производство, проект Ту-334 имеет шансы на дальнейшее развитие.

Однако, по мнению П. Власова (руководителя ЛИИ им. Громова), хотя Ту-334 на испытаниях показал себя с лучшей стороны, однако — это самолёт ушедшей советской эпохи, он вполне мог бы иметь применение в 90-е, но теперь устарел и не имеет будущего.

В 2011 году глава совета директоров украинского «Мотор Сич» Вячеслав Богуслаев заявил, что хочет реанимировать проект самолёта Ту-334. Для этого он предложил ОАО «Туполев» выкупить один из двух выпущенных ранее лайнеров Ту-334 и начать его коммерческую эксплуатацию в компании, которая принадлежит «Мотор Сич».

Ранее президент ОАО «Туполев» Александр Бобрышев, отвечая на вопрос о судьбе Ту-334, намекнул на дальнейшие перспективы проекта: «Как таковой программы Ту-334 нет, но тема не закрыта. А на вопрос о будущем этих двух самолётов я бы пока не хотел отвечать. Но стоять у забора они не будут.»

14 августа 2012 года в СМИ была опубликована информация о том, что ООО «Русавиа-Сокол М», 51 % уставного капитала которой принадлежит иностранному инвестору, готова приобрести два самолёта в компоновке «8 пассажиров бизнес-класса, остальное — эконом-класс». Также заявляется, что эта компания уже закупила для достраиваемого на КАПО самолёта № 94003 авиадвигатели Д-436Т1, провела авансовые платежи.

Планировалось, что с конца 2015 года авиакомпания «КАС-Югра» будет перевозить пассажиров по маршруту Омск — Красноярск — Благовещенск на Ту-334.

Данные о затратах госбюджета России на проект существенно разнятся — от 100 миллионов до 1 миллиарда долларов.

В мае 2016 года появились новости, что работы над проектом продолжены — ГК «Аскон» приступает к 3D-проектированию элементов конструкции Ту-334, производство которого планируется возобновить. В самой компании сообщили, что в связи с импортозамещением — в ульяновском филиале КБ Туполев лишь изучалась возможность применения программного пакета «Компас-3D» (разработки «Аскон») на примере проектирования отдельных деталей и узлов Ту-334: «В случае возобновления работ по Ту-334 ГК „Аскон“ готова попробовать использовать программный комплекс „Компас-3D“ в проектировании некоторых деталей самолёта — крыла или хвостового оперения. Но ни о каком начале 3D-проектирования Ту-334 силами ГК „Аскон“ речь не идёт, — компания является разработчиком инженерного программного обеспечения и самолёты не проектирует».

8 июня 2020 года глава комитета Совета Федерации по экономической политике Андрей Кутепов предложил возобновить производство пассажирского ближнемагистрального самолета Ту-334 для использования на внутренних рейсах из-за «наличия технических проблем» у Sukhoi Superjet 100 (SSJ-100).

Аэродинамическая схема представляет собой двухмоторный низкоплан с задним расположением турбореактивных двигателей, со стреловидным крылом и Т-образным хвостовым оперением. Крыло образовано сверхкритическими профилями, на концах крыла установлены специально спрофилированные поверхности для снижения индуктивного сопротивления.

Аэродинамическое качество самолёта - 16,7 (для сравнения — у Ту-134А ~18,5).

Фюзеляж Ту-334 имеет такое же поперечное сечение, как и Ту-204, с которым Ту-334 унифицирован на 60 %, но имеет меньшую длину. В конструкции самолёта широко применены современные композиционные материалы и сплавы.

Силовая установка — два ТРДД Д-436Т1, выполненных по трёхвальной схеме. Вспомогательная силовая установка — ТА-12-60.

Шасси трёхопорное с носовой стойкой. Задействована электродистанционная тормозная система с автоматическим переключением её на форсированный режим остановки самолёта при прерванном взлёте.

Система управления - электродистанционная с аварийным механическим резервированием. Система управления обеспечивает штурвальное управление самолётом пилотами и автоматическое управление полётом по сигналам ВСУПТ.

Кабина экипажа максимально унифицирована с кабинами самолётов Ту-204/214, она спроектирована по принципу «тёмной кабины» на основе современных эргономических норм.

На самолёте установлен комплекс пилотажно-навигационного оборудования, обеспечивающий ручной или автоматический ввод начальных данных полёта, автоматизированный выбор плана полёта, автоматическое самолётовождение по запрограммированному маршруту и в районе аэродрома, директорное управление боковым и продольным движением самолёта, автоматический и директорный заход на посадку и автоматическую посадку, предупреждение о приближении и достижении контролируемыми параметрами полёта границ эксплуатационных допусков.

Багажное отделение состоит из двух грузовых отсеков — передний на 10 м³ и задний на 6,2 м³. В перспективе планировалось оснастить самолёт выпускаемыми дверьми-трапами.