Постановление Совмина СССР о постройке опытных экземпляров Ил-20 принято 12 июня 1948 г. Заключение на эскизный проект утвердил 19 июня того же года главный инженер ВВС И.В. Марков. Ответственным исполнителем по самолету назначили инженер-майора С.Г. Фролова. Предназначение штурмовика формулировалось следующим образом : «Для подавления и уничтожения живой силы и технических средств на поле боя и в тактической глубине расположения противника». Предлагалось сделать два проекта с различными вариантами наступательного и оборонительного вооружения.
По схеме первый вариант самолета представлял собой низкоплан с мотором жидкостного охлаждения с четы-рехлопастным винтом диаметром 4,2 метра. Кабина летчика размещалась необычно - непосредственно над мотором - и была до предела выдвинута вперед. Переднюю часть кабины образовало поставленное под углом 70° длинное лобовое стекло 100-мм толщины. Один конец его практически упирался в обрез втулки винта. Это обеспечивало обзор вперед-вниз в секторе 37 градусов, а при пикировании под углом 40-45° летчик мог видеть цели, находящиеся практически прямо под самолетом. За кабиной летчика располагались масло- и бензобаки. За ними находилась кабина стрелка, дистанционно управляющего 23-мм пушкой, размещенной в специальной подвижной установке Ил-ВУ-11 с гидравлическим приводом и механизмом для обвода ствола пушки по контуру фюзеляжа и хвостового оперения ( в целях защиты их от поражения собственным оружием).
Установку спроектировали в ОКБ Ильюшина. Она обеспечивала большие углы обстрела в верхней части задней полусферы: 80 градусов - вверх и по 90 градусов - вправо и влево. Максимальная скорость перемещения оружия в подвижной установке составляла 4-45 град./сек. Поскольку нижняя четверть полусферы совершенно не защищалась пушечной установкой, снизу фюзеляжа дополнительно размещали кассету для 10 авиационных гранат АГ-2, организуя тем самым частичную защиту.
Хвостовое оперение было одноки-левым, крыло и горизонтальное оперение - трапециевидным в плане. Водо-и маслорадиаторы размещались в центроплане, воздухозаборник мотора -в нижней части фюзеляжа, в районе переднего обреза крыла.
Кабины летчика и стрелка, мотор, системы питания топливом и смазки, система охлаждения находились внутри бронекоробки. Общий вес металлической брони составлял 1840 кг, а прозрачной - 169 кг. Кабина летчика имела, кроме лобового, два боковых передних бронестекла толщиной 65 мм и заднее бронестекло, также 65-мм. В верхней части кабины с боков фонаря стояли броневые листы толщиной 10 мм; борта кабины, задняя перегородка за летчиком были 10-мм, а в верхней части - 15-мм. Стрелок сзади и сверху защищался 100-мм бронестеклом, передним верхним листом за бензобаком и бортовыми 6-мм листами, нижним бронелистом кабины в 8 мм, верхней и нижней экранированной броней тол-щиной 8+8 мм.