1945年二战结束后，缓过劲的苏联制定了新的海军发展计划，想要打造一支世界顶级舰队。海军总司令库兹涅佐夫上将对航母情有独钟，不过国家高层对此并未达成一致，因为建造航母也意味着要建造相应的巡洋舰、驱逐舰、补给舰等船只，这对国力是巨大的消耗，不死心的库兹涅佐夫下令开展航母前期研制工作，以及研制一些配套装备，图-91就是为航母准备的舰载攻击机，或者称它多功能舰载机，北约代号「皮靴」。
图波列夫设计局在1953年开始图-91的研制工作，虽然当时苏联压根没有航母舰载机研制经验，但深厚的航空底子足以支持图-91项目，原型机在1955年就完成。当时苏联已进入喷气机的大门，伊尔-40这类陆基喷气式攻击机正在研制中，考虑到舰载机短距起降的特殊性，图-91被设计成了一款单引擎涡轮螺旋桨飞机。
图-91是一款尺寸很大的低单翼双座攻击机，主要用硬铝制成，原型机长度达到17.7米，翼展16.4米，高5.06米，空重8000千克，最大起飞重量14400千克。飞机动力为一台TV-2M涡轮螺旋桨发动机，安装在机体中部内翼梁上方，尾气被一分为二从尾梁两侧排出。TV-2M最大输出约7660马力，传动轴穿过驾驶室驱动机头的 一副 直径5.7米共轴对转螺旋桨。
大体格赋予了图-91强大的武器携带能力，在机翼根部安装了2门23毫米NR-23航炮（每炮备弹100发），机体尾部的遥控炮塔内有另外2门同型号火炮（每炮备弹150发），领航员可通过驾驶舱上方的潜望镜观察并遥控炮塔作战。飞机有机体内置弹仓和翼下挂架，总共可以挂载1500千克武器，包括鱼雷、炸弹、火箭弹、水雷，翼下挂点也可以挂载副油箱增加航程。设计师在机身后部内安装了一台摄像机，可用于侦查任务。
飞行员和领航员并排坐在机头驾驶舱内，这里有一个浴盆式的装甲盒子提供保护，它用8~18毫米不等的轻合金装甲组成，驾驶舱窗户安装防弹玻璃，只有顶部小片区域没有装甲保护。
赫鲁晓夫上台执政后对航空母舰同样不感兴趣，海军或许为了使图-91项目能继续下去，就把它转变成了陆基攻击机，以便在未来某个合适时候改回来，这也导致第二架原型机放弃了机翼折叠机构、着陆钩等设备。苏联总共建造了2架原型机，首飞发生在1955年5月17日，飞行员对它评价很高，但不能做桶滚机动这类比较剧烈的战术动作，飞机最大飞行速度达到800千米/小时，巡航速度650千米/小时，最大升限8000米，最大航程2400千米，抛开尺寸上的问题，该机满足了海军对多功能舰载机的需求，可以执行反潜、巡逻、侦查、反舰等多种任务。
在一次
向苏联高层展示新研制飞机的时候，图-91原本有机会获得进一步发展，它是现场少数几款使用螺旋桨的飞机，负责讲解的军官可能忘了它现在是「陆基攻击机」，称它可以完成多种任务，可以替代重巡洋舰，这让喜欢导弹的赫鲁晓夫不快乐了，他称「现在没人再需要重巡洋舰」，「（图-91）看起来多么可笑」，此举直接葬送了图-91项目。
其实从舰载机角度看图-91并不成功，别看性能指标还不错，可这么个大家伙上舰太占空间，更重要的是苏联很长时间里都没能发展真正的大型航母，就算舰载型图-91研制成功也意义不大。
