Основное назначение самолета — бомбардировщик дальнего действия. Нормальная дальность с нагрузкой 1 т — 3600 км, максимальная с той же нагрузкой и подвесными баками при скорости 320 км/ч — 3800 км. В начале войны Ил-4 использовался и как фронтовой бомбардировщик. При этом в перегрузку брали до 2,5 т бомб, а максимальная скорость составляла 430 км/ч. Торпедоносный вариант Ил-4 использовали и для постановки мин. Самолет применялся также для буксировки планеров А-7 и Г-29 и для заброски во вражеский тыл парашютистов-разведчиков, покидавших бомбардировщик через люк стрелка. Длина — 14,79 м, размах крыла — 24,44 м. Фюзеляж Ил-4 представлял собой цельнометаллический монокок. Шаг потайных заклепок обшивки — 25 мм. Пол кабин штурмана и стрелка выполнялся из гофрированного металла. Передняя часть кабины штурмана имела мягкий настил. Люк бомбардировочного прицела состоял из двух пар створок, связанных между собою и открывающихся наружу и вовнутрь. В походном положении ручка управления в кабине штурмана снималась и крепилась в пружинных держателях слева от сиденья, а педали откидывались назад и фиксировались на полу. Петли астролюка, открывавшегося вовнутрь, и нижнего входного люка, открывавшегося наружу, располагались справа. По обоим бортам кабины штурмана имелись сдвигающиеся вперед форточки. В пилотской кабине форточки сдвигались назад. Педали изнутри обшивались сукном, кресло оснащалось бронеспинкой. Заголовник за кабиной пилота был деревянным. Под ним находился бомбоотсек, створки которого укреплялись на первых нервюрах центроплана и открывались вниз от оси самолета. На случай поломки хвостового колеса на последнем шпангоуте фюзеляжа была предусмотрена предохранительная пята. На некоторых самолетах хвостовая часть усиливалась четырьмя наружными лонжеронами L-образного профиля, а кабина штурмана и хвостовой обтекатель выполнялись из дерева. Крыло Ил-4 — двухлонжеронное, состояло из центроплана и консолей. На его поверхности располагались люки под бензобаки, а также лючки заливных и сливных горловин. Жалюзи входного отверстия маслорадиатора — регулируемые. Флетнер на правом элероне являлся также триммером. Носок центроплана был съемным и служил бензобаком. Стык центроплана и консолей закрывался дюралюминиевыми лентами на шурупах. На нижней поверхности консолей крепились две причальные серьги. Оперение металлическое, рули с полотняным покрытием. Флетнер левой половины руля высоты и руля направления являлся триммером. Основное шасси — убирающееся, с пневматиками 1000X350 мм. Нормальное обжатие — до 50 мм, просадка амортизатора — 30 мм, максимальный ход — 150 мм. Хвостовое колесо — неубирающееся, 400X50 мм. Шасси снабжалось механическим указателем положения стоек, расположенным на верхнем обтекателе мотогондолы. Для предохранения от загрязнения задняя часть обтекателя шасси и хвостового кока закрывались брезентовыми шторками. С 1943 года самолет мог эксплуатироваться со сбрасываемыми лыжами типа НИИ ГВФ. Винт ВИШ-23 металлический, Ø3,25 м. Жалюзи на капотах двигателя устанавливали только зимой. При этом управление юбкой капота не использовалось, и ее створки фиксировались заподлицо с капотом. На выхлопных патрубках самолетов авиации дальнего действия устанавливались глушители ГАМ-9 или самодельные глушители и пламегасители. Бомбардировочное вооружение включало бомбы на внутренней подвеске — до 10 штук ФАБ-100 или на наружной подвеске — одна ФАБ-1000, или две ФАБ-500, или две ФАБ-250 и одна ФАБ-500. В походном положении бомбардировочный прицел крепился на правом борту кабины штурмана, а в боевом — на люке. В варианте торпедоносца подвешивалась одна торпеда типов 45-36 АВ (высотная), или 45-36 АН (для действия с небольших высот), или 45-36 AM (для действия на мелководье), или одна морская мина. На наружной подвеске могли размещаться также три прибора для постановки дымовых завес ВАП-500 или до трех грузовых парашютных контейнеров ГПК-500. Самолет мог нести на наружной подвеске два сбрасываемых бензобака емкостью 700 л. Стрелковое вооружение состояло из люковой установки под ШКАС (в походном положении она откидывалась внутрь фюзеляжа), носовой установки под ШКАС и турельной установки под УБТ с подвесным брезентовым сиденьем. Люковая установка имела перископический прицел. Гильзы и звенья патронных лент ШКАСа носовой установки направлялись под пол кабины штурмана, люкового ШКАСа — за борт, турельного УТБ — в брезентовый мешок. Самолет оборудовался радиополукомпасом РПК-2. На морском варианте рамка его антенны устанавливалась не в обтекателе под кабиной штурмана, а в заголовнике кабины пилота. Посадочная фара располагалась на левой консоли. Омыватели жидкостного противообледенителя подводились к концам лопастей винтов и лобовым стеклам кабины пилота. На некоторых машинах на носках крыла и оперения ставились резиновые антиобледенительные протекторы. В оснащение кабины штурмана входил сигнальный ракетный пистолет. Около нижнего люка стрелка монтировался громоотвод, штырь которого на стоянке забивался в землю. Далее располагался фотолюк и два люка кассет парашютных пиротехнических ракет, используемых в ночное время для выбора посадочной площадки или фотографирования. В годы войны многие Ил-4 имели камуфляжную окраску, встречались машины традиционно зелено-голубые и даже совсем не окрашенные; зимой в основном красились в белый цвет. На многие Ил-4 наносились надписи и эмблемы. Нижняя часть самолетов авиации дальнего действия, используемых в ночное время, так же как учебные бомбы и торпеды, мины и лопасти винтов, окрашивались в черный цвет, боевые бомбы и торпеды, кабины изнутри и стойки шасси — в серый.

Бомбардировщик дальнего действия Ил-4: 1 — авиабомбы ФАБ-250 и ФАБ-500, 2 — жалюзи маслорадиатора, 3 — жалюзи капота двигателя, 4 — щитки-закрылки, 5 — прибор для постановки дымовых завес ВАП-500, 6 — причальная серьга, 7 — грузовой парашютный контейнер ГПК-500, 8 — громоотвод, 9 — патронный ящик люковой установки ШКАС, 10 — перископический прицел, 11 — откидная рама пулемета, 12 — гибкий рукав ШКАС, 13 — гибкий рукав УБТ, 14 — мешок для гильз и звеньев, 15 — патронный ящик УБТ, 16 — подвесное брезентовое сиденье, 17 — управление стопором хвостового колеса, 18 — лебедка аварийного выпуска шасси, 19 — педали пилота, 20 — секторы газа, 21 — краны шасси и щитков, 22 — ручка сброса подвесных баков, 23 — кислородные баллоны, 24 — ручка управления триммером, 25 — панель переключения баков, 26 — компас, 27 — щиток контрольных приборов, 28 — индикатор радиополукомпаса, 29 — ручной бомбосбрасыватель, 30 — створка бомболюка, 31 — бомбардировочный прицел, 32 — педали штурмана, 33 — доска приборов штурмана, 34 — патронный ящик носовой установки ШКАС, 35 — сигнальные ракеты, 36 — электросбрасыватель бомб, 37 — навигационный столик, 38 — штурвал бомболюков, 39 — кислородный прибор, 40 — аптечка, 41 — сумка пищевого запаса, 42 — сумка микрофона, 43 — остекление кабины штурмана, 44 — кассеты поправочных таблиц, 45 — панель радиополукомпаса, 46 — заглушка (при снятом пулемете), 47 — рычаг изменения высоты сиденья, 48 — люк прицела, 49 — мягкий пол, 50 — смыватели жидкостного противообледенителя.

Бомбардировщик дальнего действия Ил-4: 1 — подвесные баки на 350 л, 2 — торпеда 45-36 АВ, 3 — торпеда 45-36 АН, 4 — торпеда 45-36 AM, 5 — лючок слива топлива, 6 — фотолюк, 7 — люки парашютных ракет, 8 — морская мина, 9 — трубка ПВД, 10 — рамка радиополукомпаса в обтекателе, 11 — выпускная антенна, 12 — механический указатель положения шасси, 13 — замок капота, 14 — глушители и пламегасители, 15 — лыжи типа НИИ ГВФ, 16 — заправочный лючок.