重型轰炸机是轰炸机，能够提供其时代最大的空对地武器（通常是炸弹）有效载荷和最远射程（起飞到着陆）。因此，原型重型轰炸机在任何时候通常都是最大和最强大的军用飞机之一。在 20 世纪下半叶，重型轰炸机在很大程度上被战略轰炸机所取代，战略轰炸机通常体积更小，但射程更远，能够投送核弹。

由于飞机设计和工程的进步——特别是在动力装置和空气动力学方面——重型轰炸机携带的有效载荷尺寸的增长速度大于其机身尺寸的增长速度。一战中最大的轰炸机，西科斯基公司在苏联（现俄罗斯）制造的四引擎飞机，可以携带高达4400磅（2000公斤）炸弹的有效载荷。到二战中期甚至单引擎战斗轰炸机可以携带 2,000 磅（910 公斤）的炸弹载荷，这种飞机正在取代区域轰炸机和中型轰炸机的战略轰炸角色。四引擎飞机设计的进步使重型轰炸机能够携带甚至更大的有效载荷可以瞄准数千公里以外的目标。例如，Avro Lancaster（1942 年推出）通常可提供 14,000 磅（6,400 千克）（有时高达 22,000 磅（10,000 千克））的有效载荷，航程为 2,530 英里（4,070 公里）。B-29（1944 年）的有效载荷超过 20,000 磅（9,100 公斤），航程为 3,250 英里（5,230 公里）。到 1950 年代后期，喷气式波音 B-52 Stratofortress，以高达每小时 650 英里（1,050 公里/小时）的速度行驶（例如是兰开斯特的两倍），可以在 4,480 英里（7,210 公里）的作战半径内提供 70,000 磅（32,000 公斤）的有效载荷。

在第二次世界大战期间，大规模生产技术使大型远程重型轰炸机的数量达到了可以开发和使用战略轰炸的目的。这在 1945 年 8 月达到顶峰，当时美国陆军空军的 B-29 向日本广岛和长崎投下原子弹。

核武器和导弹的到来永久地改变了军用航空和战略的性质。 1950 年代之后，洲际弹道导弹和弹道导弹潜艇开始在战略核作用中取代重型轰炸机。随着更精确的精确制导弹药（“智能炸弹”）和可以由小型飞机携带和投送的核武器导弹的出现，这些技术进步使重型轰炸机在最近的战略战争中的核心作用黯然失色20世纪。然而，自二战以来，重型轰炸机已被用于在几次地区冲突中运送常规武器（例如，越南战争中的 B-52）。

重型轰炸机现在仅由美国、俄罗斯和中国的空军使用。他们担任战略和战术轰炸角色。