在积累了研制大型喷气式飞机的初步经验后，伊柳辛设计局为伊尔-28选择了一个相对保守的气动布局，具有升力特性很好的平直双梁上单翼，但采用倒T型后掠尾翼以增强高速俯冲可控性。两台VK-1涡喷发动机被安装在机翼中段的短舱内，短舱还集成了主起落架舱。该机的副翼、升降舵、方向舵和相关配平翼片都为手动控制，只有单缝襟翼是液压驱动。
伊尔-28的发动机短舱
伊尔-28的一个显著设计特点是结构简单坚固，堪称苏联飞机设计的典范。该机易于制造，维护和飞行，考虑到研发时间极短，这更加令人印象深刻，显然只有拥有大量扎实经验的工程团队才能做到这点。
伊尔-28主要由航空铝合金制造，具有一个长长的椭圆截面机身，机身被纵向分割成两半，就像塑料模型套件一样被组装在一起。为了使飞机小巧轻便，伊尔-28仅配备三名机组人员，飞行员坐在椭圆形机身顶部类似战斗机的座舱内，导航器/投弹手位于机鼻二战风格透明导航员舱中偏左的位置，两人都配备有弹射座椅。飞行员座舱和导航员舱都是空调增压舱，但两者之间并不连通，导航员通过顶部舱门进出舱室，飞行员通过向右打开的座舱盖进入座舱。
飞行员座舱和导航员舱舱盖都是侧翻式，但方向不同
伊尔-28座舱布局
第三名机组人员是尾炮手/无线电操作员，进出尾炮舱的唯一办法是从尾部下方的舱门。垂尾的存在导致尾炮手在紧急情况下只能跳伞，后舱门此时能起到阻挡气流的作用。电动液压尾炮塔内置两门23毫米机炮，每门备弹225发。炮塔射界为左右70°，向上60°向下40°。
伊尔-28的尾部舱门
伊尔-28的尾炮舱结构
伊尔-28具有喷气式轰炸机上罕见的固定机炮，在前起落架舱两侧安装两门23毫米机炮，每门备弹100发子弹。飞行员座舱内配备了机炮的陀螺瞄准镜，该机同时装备了照相枪进行目标损伤评估。伊尔-28早期型机炮是诺德曼-里克特NR-23，后期型换装诺德曼-苏拉诺夫NS-23。
完善航电
伊尔-28的机腹弹舱具有一个重型挂架和4个小型挂架，在混合挂载时最多可容纳2吨炸弹，或者单枚重达3吨的KAB-3000炸弹。该机典型挂载为四枚500千克或八枚250千克炸弹。伊尔-28具有气动收放的前三点式起落架，双轮前起落架向后收回，单轮主起落架向前收起并旋转90度平放在发动机舱内。起落架离地间隙良好，降低了异物被吸入发动机的可能性，并使重新挂弹更加容易。
伊尔-28的机腹弹舱（图为芬兰伊尔-28R侦察机，弹舱被照相机占据）
伊尔-28轰炸型弹舱内部
伊尔-28生产型安装两台具有电启动功能的克里莫夫VK-1离心式涡喷发动机，单台最大推力2700千克，确保该机最高时速超过900公里/小时。生产型伊尔-28发动机舱前粗后细，比原型机的直筒发动机舱具有更好的空气动力学性能，因为更加符合面积律，虽然 当时人们还未发现这一定律。伊尔-28弹舱周围的5个机身油箱总载油量为7908升，以最佳巡航速度/高度飞行时，最大航程为2400公里。
VK-1发动机
为了缩短起飞滑跑距离和辅助重载起飞，伊尔-28可在机身两侧安装两枚火箭助推器，每个能产生约1600千克持续13秒的推力。
尽管是一架结构简单的第一代喷气式飞机，伊尔-28却具有相对复杂的航空电子设备，并且是最早一批装备雷达的苏联轰炸机。该机安装有PSBN-M导航和轰炸雷达，北约代号“蘑菇”，雷达天线位于飞行员座舱下方机腹的天线罩中。PSBN-M可以完全代替OPB-5S光学瞄准镜进行投弹，虽然后者只被作为雷达故障时的备用投弹手段，但这种情况经常发生。伊尔-28的其他标准航电包括通讯无线电、RV-2“水晶”低空雷达高度计、OSP-48仪表着陆系统、AP-5自动驾驶仪、敌我识别应答机、自动定向仪和导航信标接收器。
鉴于该机的全天候作战能力，伊尔-28配备了从发动机引出热空气的热空气机翼尾翼除冰系统，成为在1953年3月5日严寒条件下唯一在斯大林逝世纪念日中飞越莫斯科的飞机。
PSBN-M雷达天线位于飞行员座舱下方