Die Entwicklung der He 177 begann 1936 im Rahmen der Bomber A-Spezifikation des Luftfahrtministeriums (RLM). Die Spezifikationen sahen einen Hochgeschwindigkeitsbomber mit großer Reichweite und einer Nutzlast von 1.000 kg vor. Trotz der sehr anspruchsvollen Spezifikationen begann Heinkel mit der Arbeit an einem Modell, das Ende 1937 zur Begutachtung eingereicht wurde, und kurz danach, Anfang 1939, folgte die Bestellung von 12 Versuchsmaschinen. Die He 177 litt jedoch während ihrer gesamten Entwicklung unter einer Reihe von Problemen, von denen einige auch bei Beendigung der Entwicklungsarbeiten noch nicht behoben waren. Zum Beispiel war eine der Anforderungen (die bald abgelehnt wurde, da es unmöglich war, sie umzusetzen) des Luftfahrtministeriums die Fähigkeit, aus dem Sturzflug heraus zu bombardieren, weshalb die Ingenieure verschiedene Überarbeitungen durchführen mussten, um die erforderlichen flugtechnischen Eigenschaften bereitzustellen. Um den Luftwiderstand zu reduzieren und die Reichweite zu gewährleisten, wurden zwei DB 601-Triebwerke paarweise auf einer Gondel installiert und arbeiteten mit einer gemeinsamen Welle, die einen vierblättrigen Propeller drehte. Dadurch war es möglich, das Flugzeug nach einem zweimotorigen Schema zu bauen. Aber aus diesem Grund litt das Flugzeug unter starken Überhitzungsproblemen des Motors und häufigen Motorausfällen während des Fluges und häufigen Bränden. Im Zuge der Feinabstimmung des Flugzeugs wurde das Gewicht deutlich erhöht, so dass es notwendig wurde, einen massiven Rahmen zu installieren, der nicht versteckt werden konnte - ein relativ dünner Flügel und dicht gepackte Gondeln passten nicht zusammen. So wurde jeder Rahmen in zwei Teile aufgeteilt, die jeweils ein einzelnes Rad enthielten, das an den gegenüberliegenden Seiten der Gondel in den Flügel eingefahren werden konnte.

Bis 1944 galt die Entwicklung der He 177 als abgeschlossen, doch zu diesem Zeitpunkt hatte sich das Kriegsglück bereits gegen Deutschland gewandt und die Notwendigkeit eines komplexen strategischen Bombers bestand nicht mehr. Nichtsdestotrotz wurden über 1.000 He 177 in mehreren Varianten produziert, wobei die meisten Maschinen an der Ostfront zum Einsatz kamen. Doch trotz der großen Stückzahlen konnte das Flugzeug letztlich keinen Unterschied im Ergebnis des Krieges machen, da seine Serienreife zu spät kam, obwohl einige der gebauten Flugzeuge auch noch nach Kriegsende eingesetzt wurden.