Главный конструктор проекта — Константин Попович.

Самолёт представляет собой глубокую модернизацию самолёта Як-42 ОКБ им. Яковлева. В первоначальном варианте проекта самолёт представлял собой цельнометаллический моноплан нормальной схемы с низкорасположенным стреловидным крылом, классическим оперением, убирающимся шасси и двигателями, расположенными на пилонах под крылом. Планировалась установка двух турбореактивных двигателей ПС-90А12 с тягой 12 000 кгс каждый. Самолёт рассчитывался на 156—162 пассажира. Предполагалось, что при запуске серийного производства самолёт получит наименование «Як-242», но впоследствии от него отказались.

Программа семейства ближне-среднемагистральных самолётов МС-21 разрабатывается корпорацией «Иркут» совместно со входящим в её состав ОКБ Яковлева. Участником проекта также была компания «Авиационный комплекс имени С. В. Ильюшина», но в феврале 2008 года она покинула проект.

Разработкой нового крыла для МС-21 занималась компания «АэроКомпозит», работами по фюзеляжу — непосредственно корпорация «Иркут», а также ОКБ Яковлева. Хвостовую часть проектировало КБ Бериева.

29 октября 2010 года в ЦАГИ были завершены предварительные испытания воздухозаборников для двигателей самолёта. В ходе исследований определены режимы безопасной эксплуатации с установленными двигателями. По завершении всех необходимых процедур разработчику были выданы рекомендации по их эксплуатации.

Американские и российские двигатели, первые испытания

5 июня 2012 года «Иркут» и Pratt & Whitney подписали окончательное соглашение о том, что заказчикам нового самолёта будут предлагаться двигатели PW1431G. Первый полёт лайнера с этими двигателями был запланирован на 2015 год.

30 октября 2012 года корпорация «Иркут» представила МС-21 с российскими двигателями ПД-14 для государственных заказчиков — Министерств обороны и внутренних дел Российской Федерации, МЧС РФ, Федеральной службы безопасности РФ, Специального лётного отряда «Россия» Управления делами Президента РФ.

6 февраля 2014 года Иркутский авиазавод (филиал НПК «Иркут») начал сборку первых опытных образцов самолёта МС-21-300.

Первый полёт, первый и второй экземпляры

8 июня 2016 года в цехе Иркутского авиационного завода состоялась торжественная церемония выкатки и презентация лётного образца нового самолёта.

Первый полёт МС-21 совершён 28 мая 2017 года. Полёт прошёл штатно и проходил на высоте 1000 метров при скорости 300 км/час, его продолжительность составила 30 минут. Лайнер пилотировали лётчики-испытатели Герои России Олег Кононенко и Роман Таскаев[32]. 17 октября 2017 прошёл первый дальний полёт (4500 км) из Иркутска в Жуковский на территорию ЛИИ имени М. М. Громова, где будут проходить дальнейшие испытания.

12 мая 2018 года на аэродроме Иркутского авиазавода состоялся первый полёт второго опытного самолёта МС-21-300. При постройке новой машины учтены результаты лётных испытаний первого опытного образца. Продолжительность полёта составила 1 час 7 минут, он проходил на высоте до 3000 метров при скорости до 400 км/ч. Программа полёта включала проверку самолёта на устойчивость и управляемость при различной конфигурации крыла с уборкой и выпуском шасси, а также проверку работоспособности бортового оборудования. Самолёт пилотировал экипаж в составе лётчиков-испытателей Василия Севастьянова и Андрея Воропаева.

11 июля 2018 года второй участвующий в лётных испытаниях самолёт МС-21-300 совершил полёт в новой окраске.

Полёт продолжительностью 3 часа 7 минут выполнен на аэродроме Иркутского авиационного завода — филиала ПАО Корпорация «Иркут» (в составе ОАК). Полётное задание включало проверки самолётных систем и снятие аэродинамических поправок для системы измерения воздушно-скоростных параметров. Самолёт достиг высоты 9000 м, все системы отработали штатно.

Для окраски второго самолёта выбран белый цвет, позволяющий наглядно продемонстрировать высокое качество поверхности планёра и точность стыковки отсеков фюзеляжа.

20 июля 2018 года второй опытный самолёт МС-21-300, участвующий в программе лётных испытаний, совершил перелёт из Иркутска на аэродром ЛИИ имени М. М. Громова «Раменское» (г. Жуковский Московской области). Полёт продолжался шесть часов. Лайнер пилотировали командир воздушного судна лётчик-испытатель 1 класса ОКБ имени А. С. Яковлева Василий Севастьянов и второй пилот лётчик-испытатель 1 класса ОКБ имени А. С. Яковлева Андрей Воропаев.

Дальнейшие испытания двух опытных самолётов МС-21-300 будут проводиться на базе Лётно-испытательного и доводочного комплекса (ЛИиДК) ОАО «ОКБ имени А. С. Яковлева». Для обеспечения испытательных работ в ЛИиДК построен новый ангар, развёрнуты средства наземного обслуживания, создан высокопроизводительный комплекс сбора, обработки и анализа полётной информации. Новые технологии обработки результатов лётных испытаний обеспечивают высокую информативность полётов, в каждом из которых система бортовых измерений позволяет регистрировать более 30 тыс. параметров.

Серийный выпуск отодвигается, третий экземпляр готов

По официальным планам ОАК, ввод в эксплуатацию первых самолётов семейства МС-21 и их сертификация были намечены на 2017—2019 годы; ранее в 2012 году зампредседателя Правительства России Д. Рогозин сообщил журналистам, что производство МС-21 начнётся с 2020 года. При этом ещё в 2009 г. замгендиректора ОКБ им. Яковлева Аркадий Гуртовой на авиасалоне МАКС-2009 заявил, что серийное производство должно начаться в 2016 году. В феврале 2019 года глава «Ростеха» Сергей Чемезов сообщил, что сроки запуска в серийное производство МС-21 сдвигаются на конец 2020 года. В январе тот же Сергей Чемезов заявил, что сроки запуска в серию снова сдвигаются - уже на 2024 год.

16 марта 2019 года на аэродроме Иркутского авиационного завода состоялся первый полёт третьего опытного самолёта МС-21-300. Продолжительность полёта составила 1 час 30 минут, он проходил на высоте до 3500 метров при скорости до 500 км/ч.

Пятый экземпляр, сертификация с российскими двигателями

Пятый МС-21 (заводской № 0007) получит бортовой номер 73057 и станет первым самолётом МС-21-300, который строится по серийным технологиям, он будет оснащён двигателями ПД-14. В 2021 году самолёт поднимется в небо и пройдёт сертификационные испытания уже с российскими двигателями.

По данным Счётной палаты, на 1 ноября 2018 года в проект вложено 158 млрд руб. (то есть проект подорожал в 2,3 раза), а общая стоимость программы МС-21 до 2025 года оценена в 437,4 млрд руб.

Запланированные усовершенствования

Разработка российского бортового радиоэлектронного оборудования должна быть завершена к концу 2023 года. До того используется оборудование компаний Thales, Honeywell и Rockwell Collins.

В начале мая 2020 года стало известно, что Минпромторг РФ заказал импортозамещение комплектующих МС-21 с выполнением НИОКР к концу 2022 года и завершением работ в целом до 2024 года. Планируется замена 54 агрегатов и элементов систем МС-21, в том числе вспомогательной силовой установки, механизма перестановки стабилизатора, топливной системы, гидравлических рукавов, шин, спасательных аварийных трапов и плотов, кресел пилотов, элементов интерьера пассажирской кабины.

В ноябре 2020 года завершена постройка первого опытного самолёта МС-21-310 с российскими двигателями ПД-14.

15 декабря 2020 года состоялся первый полёт самолёта МС-21-310, оснащённого новыми российскими двигателями ПД-14, продолжительность полёта составила 1 час 25 минут.

18 января 2021 года самолёт МС-21 выкатился за пределы ВПП в подмосковном аэропорту «Жуковский» в ходе испытаний.

7 апреля 2021 года в ОАК сообщили об успешном завершении сертификационных испытаний авиалайнера МС-21-300 в условиях естественного обледенения.

24 августа 2021 года первый лётный прототип самолёта МС-21-300 с бортовым номером 73051 прилетел в аэропорт Перми Большое Савино для проведения лётных испытаний, в ходе которых проводился сбор статистики по нагруженности планёра во время взлётов и посадок.

В сентябре 2021 года генеральный директор «Государственной транспортно-лизинговой компании» Евгений Дитрих заявил, что проект нуждается в господдержке, выраженной в компенсации недостающих лётных часов на первом этапе после ввода лайнера в коммерческую эксплуатацию. Уже ведутся переговоры с Минпромторгом и ОАК.

В ноябре 2021 года Россия представила среднемагистральный лайнер МС-21-310 на международном авиасалоне Dubai Airshow 2021. 14 ноября в день открытия авиасалона самолёт совершил показательный полёт. В ОАЭ он прибыл 10 ноября 2021 года, выполнив беспосадочный перелёт из Московской области в Дубай протяжённостью около 3700 км.

30 ноября 2021 года корпорация «Иркут» (входит в ОАК «Ростеха») завершила постройку первого самолёта МС-21-300, крыло которого изготовлено из полимерных композитных материалов российского производства.

Первые поставки в планах на 2022, получение сертификата типа

17 декабря 2021 года Интерфакс, со ссылкой на источник, близкий к авиакомпании «Россия» сообщил, что перевозчик надеется получить первый МС-21 в сентябре 2022 года. Поставка второго ожидается в ноябре, ещё двух — в декабре.

21 декабря на Youtube-канале ОАК опубликовали интервью директора «Инженерного центра» Константина Поповича и руководителя «ОКБ им. А.С.Яковлева» Даниила Бренермана на борту самолёта МС-21-300 во время перелёта из Жуковского в Иркутск в рамках сертификационных контрольных испытаний.

24 декабря глава Минпромторга РФ Денис Мантуров сообщил о завершении лётных испытаний базовой модели МС-21-300 и ожидании получения сертификата типа в ближайшее время.

28 декабря глава Минпромторга РФ Денис Мантуров сообщил о получении базового сертификата типа для самолёта с двигателями Pratt & Whitney и крылом из зарубежных композитов.

Двухдвигательный низкоплан с однокилевым хвостовым оперением. Двигатели самолёта расположены на пилонах под консолями крыла.

У МС-21 лучший показатель весовой доли углекомпозитов в конструктиве среди российских самолётов — составляет 35 %. Среди методов совершенствования технологий отмечается метод вакуумной инфузии, используемый для изготовления крупных силовых интегральных элементов первого уровня: лонжеронов и обшивки крыла со стрингерами, секций панелей центроплана, силовых элементов и обшивки киля и хвостового оперения. Российский завод «Аэрокомпозит» в Ульяновске первым в мире применяет безавтоклавный метод вакуумной инфузии (VARTM) для изготовления из полимерных композитных материалов крупных интегральных конструкций первого уровня; это позволит как улучшить характеристики лайнера, так и уменьшить затраты на производство[68]. Метод вакуумной инфузии существует уже многие годы, но такое крупное и сложное изделие, как крыло самолёта, по этой технологии впервые изготовили в Ульяновске

На самолёт устанавливаются двигатели Pratt & Whitney PW1431G, которые были выбраны корпорацией «Иркут» для установки на самолёт в декабре 2009 года. Предполагается, что в будущем на самолёт может устанавливаться двигатель ПД-14, закончивший сертификационные испытания в 2018 году.

Кабина пилотов МС-21 проектировалась с учётом самых современных требований к эргономике, что должно упростить пилотирование и снизить нагрузку на экипаж.

В ОАК отмечали, что преимущество самолёта МС-21 — самый широкий в своём классе фюзеляж, который позволит делать разную компоновку по уровню комфорта и по вместимости.

Конструкторам удалось значительно повысить комфортабельность пассажирского салона за счёт увеличения как свободного пространства между креслами, так и ширины самих кресел. Это позволило повысить удобство полёта на дальние расстояния и значительно сократить время посадки и высадки пассажиров в аэропорту — до 30 %. Интерьер салона создан фирмой Zodiac Aerospace; его техническим оснащением занимаются НПО «Наука» и Hamilton Sundstrand.