Die Geschichte der BR.20 beginnt im Jahre 1934, als die Regia Aeronautica Konstruktionsvorgaben für einen neuen Bomber vorlegte. Fast alle italienischen Flugzeughersteller reichten Konzepte ein, von denen drei ausgewählt wurden. Darunter die BR.20 von Fiat. Fiat konstruierte und entwickelte das neue Flugzeug in Eile, die Konstruktion wurde im folgenden Jahr fertig gestellt und der Prototyp war 1936 bereit für die Erprobung. Zur Freude des Testpiloten zeigte die BR.20 ein positives Flugverhalten. Wichtiger jedoch war die hohe Bombengenauigkeit, die der Storch während den Erprobungen zeigte. Der Storch hatte bei einer Flughöhe von 4500 Meter nur eine Streuung von 11 m vom festgelegten Ziel. Diese  hohe Genauigkeit konnte durch die sehr gute Sicht des Bombenschützen und mit horizontal gelagerten, anders als in der Praxis üblicherweise vertikal gelagerten Bomben, erreicht werden. Die Leistung beeindruckte die Regia Aeronautica nachhaltig, woraufhin schnell eine Bestellung der ersten Varianten in Auftrag gegeben wurde.  

Nachdem die ersten Modelle im Spätsommer 1936 von ihren Einheiten übernommen wurden, drückten die Piloten und Mechaniker ihre Bedenken gegenüber den Nachteilen des Flugzeugs aus. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf dem unzuverlässigen und schwer zu wartenden Sternmotor Fiat A. 80 R.C. 41. Trotzdem erhielt die BR.20 ihre Feuertaufe im Spanischen Bürgerkrieg, wo sie dank ihrer Geschwindigkeit, Zähigkeit und Verteidigungsfähigkeiten gut abschnitt. Diese Qualitäten erregten viel Aufmerksamkeit von anderen Nationen, besonders Japan, das seine veralteten Bomber vom Typ Mitsubishi Type 93 durch neue Bombertypen ersetzen wollte.

Tief beeindruckt durch die Fähigkeiten des Flugzeuges bestellte Japan 82 BR.20 für die eigene Luftwaffe und bezeichnete sie als “I-Shiki Modell 100” (der alliierte Codename lautete “Ruth”). Nach den ersten Kampfeinsätzen in Asien im Sommer 1938, äußerten sich die japanischen Besatzungen der BR.20 negativ über den Bomber, hauptsächlich über die Zuverlässigkeit der Motoren und die Feuerkraft. Dies führte dazu, dass der Bomber schnell aus dem Fronteinsatz gezogen wurde. Nach dem letzten Einsatz bei der Japanischen Luftwaffe 1939 wurde die BR.20 nur noch zu Ausbildungszwecken genutzt und bis Ende 1941 außer Dienst gestellt.

Anders als Japan, wurde die BR.20 in Italien nicht nur in größeren Stückzahlen, sondern auch durch den ganzen Krieg hindurch eingesetzt. Für die gesamte Dauer des Konflikts war die BR.20 der Standardbomber Italiens, der über Frankreich, Malta und Nordafrika eingesetzt wurde.

Insgesamt wurden über 500 BR.20 Störche in verschiedenen Varianten zwischen 1936 und 1943 gebaut, einschließlich der nach Japan exportierten Maschinen.