Постройка самолета началась 4 июля 1933 года, а уже 24 апреля следующего года специальная правительственная комиссия признала его годным к полетам.
Это был настоящий гигант своего времени. На АНТ-20 имелись места для восьми членов экипажа и 72 пассажиров. Его размеры поражали: длина фюзеляжа 32, 5 м, ширина 3, 5 м, высота 2, 5 м; размах крыла 63 м. Площадь полезных помещений более 100 кв. м. Масса 28, 5 т, с грузом — до 50 т; скорость 260 км/час. Машины таких размеров не создавались нигде в мире еще почти полтора десятка лет.
Восемь моторов конструкции А.А. Микулина общей мощностью 7000 л.с. держались не только на крыльях (по три с каждой стороны), но и этаким тандемом на фюзеляже сверху, с пропеллерами вперед и назад. Двигатели запускались сжатым воздухом. Впервые в СССР на пассажирском самолете появился автопилот отечественной конструкции. Управление двойное (дублированное); топливо заправлялось в четырнадцать баков.
17 июня 1934 года летчики-испытатели М.М. Громов и И.И. Журов впервые подняли детище Туполева в воздух. АНТ-20 хорошо слушался рулей, был устойчив; через два дня, во время встречи челюскинцев, он совершил триумфальный полет над Красной площадью в сопровождении истребителей.
Самолет-гигант предназначался прежде всего для целей агитации и пропаганды. Создавалась целая агитэскадрилья имени Максима Горького. Ее самолеты доставляли газеты и литературу в отдаленные населенные пункты. Самолету АНТ-20 «Максим Горький» предстояло стать флагманом этой эскадрильи. На его борту находились киносъемочная аппаратура и лаборатория для обработки отснятого материала, кинопроектор с экраном 4, 5 на 8 метров, а также мини-типография, способная на протяжении полета выдать несколько тысяч листовок. Громкоговорящая установка «Голос с неба» служила для вещания во время полета, а оригинальный аппарат — для проецирования на облака световых лозунгов и призывов.
Восхищенные иностранные журналисты после полета над Москвой подробно описывали внутреннюю и внешнюю конструкцию самолета, пассажирский салон, каюты с «прозрачным полом», буфет, центральную телефонную станцию, киноустановку, типографию, фотолабораторию, пневмопочту, радиостудию и туалет.
Высокую оценку дал АНТ-20 французский летчик и писатель Антуан де Сент-Экзюпери. «Я летал на самолете „Максим Горький“, — писал он. — Эти коридоры, этот салон, эти каюты, этот мощный гул восьми моторов, эта внутренняя телефонная связь — все было не похоже на привычную для меня воздушную обстановку. Но еще больше, чем техническим совершенством самолета, я восхищался молодым экипажем и порывом, общим для всех этих людей. Я восхищался их серьезностью и внутренней радостью, с которой они работали. Чувства, обуревавшие этих людей, казались мне более мощной движущей силой, чем сила восьми великолепных моторов гиганта…»