二戰(zhàn)期間蘇聯(lián)的伊爾-2對地攻擊機在戰(zhàn)場上發(fā)揮了重大作用，堪稱空中版T-34坦克，是蘇軍裝備數(shù)量最多的戰(zhàn)機之一，同時期蘇聯(lián)著手研制伊爾-10替代伊爾-2，新飛機在1944年開始服役，大約3年后蘇聯(lián)重新提出了攻擊機的標準要求，更新一代的攻擊機伊爾-20開始研制。

伊爾-20是一種全金屬、低單翼、單引擎重型對地攻擊機，空重7500千克，與伊爾-10相比，除了機動能力沒有太大改變之外，在裝甲防護和火力方面有明顯增強。

新攻擊機采用了非常奇葩的機頭造型，機頭發(fā)動機艙內(nèi)安裝一臺M-47型V-12液冷活塞發(fā)動機，可輸出3000馬力，驅(qū)動一副4槳葉恒速螺旋槳，飛機最大飛行速度515千米/小時，最大飛行高度7750米，最大航程1680千米。飛行員的座艙位置沒有像常規(guī)飛機那樣安裝在發(fā)動機艙后方，而是“騎”在發(fā)動機上方，讓機頭顯得又扁又高，造型和吃珊瑚的藍鸚嘴魚很像。

這種設計雖然奇葩，但也有它的好處，飛行員獲得廣的視野，縮短了機體長度，飛行員在平飛中可以看到水平線以下37°的視野，攻擊機以40°~45°俯沖時飛行員可以看到正下方。另一名機組擔任炮手和無線電員，他的陣位則在飛行員的后下方，兩人中間隔著一個巨大的油箱。

飛機翼展較大，達到了17米，靠近機體的一小段為平直型，外側(cè)翼段略微上反，主起落架收納艙安裝在機翼上，尾輪在機尾下方，也可以完全收縮。

該機注重防護，設計師采用承重裝甲外殼，一定程度上減輕了結(jié)構(gòu)。相比于伊爾-2或伊爾-10，伊爾-20的防護更全面、更厚重，增加了頂部防護，飛行員、炮手、發(fā)動機、燃料、冷卻系統(tǒng)全部獲得厚度在6~15毫米裝甲板的保護，機組各自的缸蓋正面和頂部有100毫米厚的防彈玻璃，側(cè)面則有65毫米厚的防彈玻璃，全機運用在裝甲防護上的重量高達1840千克，因此人們認為它可以抵擋12.7毫米機槍或20毫米機炮的打擊。

攻擊機的武器足夠強大，在原型機上兩側(cè)機翼各安裝2門前向射擊的23毫米機炮，總共備彈900發(fā)，飛行員可以調(diào)整炮管向下傾斜23°，如此一來就能以平飛的姿態(tài)掃射地面。炮手操作后方另一門23毫米機炮，它安裝在炮塔里，因為炮塔位置比較低矮，射界可能不太好。攻擊機的彈藥掛載能力約1200千克，在機翼下還能掛載4枚RS-132火箭彈，作為當時的攻擊機，這些掛載能力并不算很差，比伊爾-2和伊爾-10都強。

人們還提出了很多設想，例如將機炮口徑增加到37毫米或45毫米，在機腹炮手陣位的下方再安裝2門機炮，增強對地掃射能力，以及給飛機安裝AG-2空中榴彈炮射器，它可以容納10枚帶小降落傘的榴彈，當遭到敵機咬尾攻擊時可以釋放出去，延遲3~4秒后爆炸。

如果僅僅和之前兩款螺旋槳式攻擊機相比，伊爾-20的綜合性能比它們強了不少，但也暴漏出了一些問題，例如它那巨大的機頭導致飛行阻力過大，不利于動力提升，駕駛艙阻礙了發(fā)動機的日常維護。與此同時噴氣式發(fā)動機的技術(shù)進步讓大量螺旋槳飛機瞬間過時，伊爾-20也不例外，蘇聯(lián)在1949年5月停止了該項目，轉(zhuǎn)而研制伊爾-40噴氣式攻擊機。