在超音速军用飞机中，T4可算是一个“大个子”，翼展22米，机长44.5米，机高11.2米。从这些几何数据看，与美国现役的B-1B战略轰机不相上下，但比俄罗斯的图-160轰炸机小。
在外形上，T4与超音速运输机图-144很相似，采用双三角形下单翼和无平尾布局。机身细长，驾驶舱以前的圆锥形机头在起飞着陆过程中和地面停放时可以垂下来，以保证飞行员有良好的视界。座舱后两侧有一对面积不大的梯形前翼(或称鸭翼)，前翼为固定翼，而图-144采用的是可伸缩的活动前翼。前翼不但可起配平和辅助操纵作用，同是在大迎角飞行时有利于改善翼面的流动状态。大面积的双三角形机翼从前翼后下方一直延伸到后机身两侧，总面达295.7平方米。机翼后缘是全翼展的升降副翼，分为四段，可独立操纵。面积较大的垂直尾翼位于后机身上部，两侧没有平尾。垂尾后缘的方向舵分为上下两截，也可以独立操纵。
由于飞机个头大，飞行速度又快，因此必须装四台大推力的喷气发动机。曾打算选择P-15БФ-300或РД-17-15涡轮喷气发动机(推力147千牛），但由于这两种发动机的推力太小而未被采用，最终采用了雷宾斯克设计局最新研制的РД-36-41型发动机，主任设计师是科列索夫。发动机单台推力156.8千牛，加力推力可达165.9千牛(16000公斤)，这在当时来说是推力最大的喷气发动机。该发动机在研制过程中，曾进行过大量的地面试验，空中试车台试验，同时还装在一架图-16轰炸机上进行过飞行试验。
四台发动机并排安装在后机身腹部的发动机短舱内，进气道前方有一个尖楔体，气流从尖楔体两侧的进气口进入，进气量可根据飞行M数和气压变化进行自动调节。
