Первый полёт выполнил 29 июля 1963 года один из самых массовых пассажирских самолётов, собиравшихся в Советском Союзе, - ТУ — 134. Всего, вместе с опытными и предсерийными образцами, было построено 854 самолёта всех модификаций. Ту-134 поставлялся на экспорт в страны Варшавского договора.

К началу 1960-х годов основу парка ближнемагистральных самолётов в СССР и социалистических странах составляли поршневые Ил-14, бравшие на борт до 36 пассажиров. В это время гражданская авиация вступала в реактивную эпоху. Первый в СССР реактивный самолёт Ту-104 использовался только на международных и особенно загруженных внутрисоюзных линиях, тогда как на региональных маршрутах использовались морально устаревающие самолёты. Появилась потребность в реактивном самолёте с дальностью до 2000 км, крейсерской скоростью 800—900 км/ч и вместимостью не менее 40 человек, который можно было бы использовать на коротких взлётно-посадочных полосах.

Ту-134 не проектировался как новый самолёт, а представляет глубокую модификацию Ту-124.

Лётные и сертификационные испытания начались летом 1963 года. В 1965 году самолёту было присвоено обозначение Ту-134. В это же время было прекращено производство Ту-124. Серийный выпуск начался в 1966 году. Ту-134 выпускался на Харьковском авиационном производственном объединении в течение 18 лет (с 1966 по 1984 год).

Первые серийные самолёты были переданы «Аэрофлоту» в 1966 году. В сентябре 1967 года на Ту-134 был совершён первый коммерческий рейс Москва — Адлер. Однако,  почти три года Ту-134 использовались лишь на международных линиях,  и только летом 1969 года начали обслуживать внутрисоюзные линии.  Самолёт активно экспортировался: в 1968 году первые машины были проданы восточно-германской авиакомпании «Interflug», а чуть позже — польской «LOT». На самолётах, предназначенных для экспорта, отказались от штурмана и установили РЛС.

До 2019 года пассажирские Ту-134 были постепенно выведены из эксплуатации в России, поскольку устарели морально и физически: последним выпущенным экземплярам более четверти века.

Некоторые Ту-134 установлены в качестве памятников.