L'histoire du BR.20 commence en 1934, lorsque Regia Aeronautica a publié des spécifications de conception pour un nouvel avion de bombardement. Presque tous les fabricants d'avions italiens ont proposé leurs concepts, 3 étant acceptés par Regia Aeronautica. Parmi eux figurait le BR.20 de Fiat. Fiat a conçu et développé le nouvel avion avec hâte, la conception étant terminée l'année suivante et le prototype étant construit et prêt à être testé en 1936. Pour le plus grand plaisir du pilote d'essai, le BR.20 a montré une prise en main en vol favorable pendant les essais. Cependant, ce qui était encore plus important, c'était l'impressionnante précision de bombardement que le Stork a démontré lors des essais. Le Stork a réussi à placer ses bombes à 11m au plus de la cible désignée d'une altitude de 4.500 mètres. Ce niveau de précision a pu être obtenu grâce à l'excellente visibilité que le bombardier avait lors du pointage et des bombes chargées horizontalement, contrairement à la pratique habituelle consistant à les charger verticalement. La performance a fortement impressionné la Regia Aeronautica, ce qui l'a amené rapidement à passer une commande pour les premiers modèles de production.

Après que les premiers modèles aient atteint leurs unités à la fin de l'été 1936, les pilotes et les équipes d'entretien ont rapidement exprimé leurs préoccupations concernant les défauts de l'avion. La remarque principale portait sur la difficulté à entretenir le moteur radial Fiat A. 80 R.C.41. Malgré cela, l'avion fit son baptême du feu pendant la guerre civile espagnole, où il s'est fait remarquer grâce à sa vitesse, sa robustesse et ses capacités défensives. Ces qualités ont attiré l'attention de nombreuses armées de l'air d'autres pays, en particulier du Japon, qui envisageait de remplacer son bombardier Mitsubishi Type 93 obsolète par une solution beaucoup plus moderne.

Très impressionné par les capacités de l'avion, le Japon a commandé 82 BR.20 pour sa propre force aérienne et a rebaptisé le BR.20  "I-Shiki Model 100" (surnommé "Ruth" par les forces alliées). Cependant, après leurs premières missions de combat sur le théâtre asiatique à l'été 1938, les équipes japonaises de BR.20 ont fait plusieurs remarques négatives sur l'avion, principalement en ce qui concerne les problèmes de fiabilité du moteur et de puissance de feu. Cela entraînera le retrait rapide du bombardier de la ligne de front. Après avoir quitté la force active de l'armée de l'air japonaise en 1939, le BR.20 a ensuite été relégué aux fonctions de formation et définitivement retiré du service à la fin de 1941.

Contrairement aux Japonais, les Italiens ont utilisé le BR.20 non seulement en plus grand nombre, mais aussi tout au long de la guerre. Pendant toute la durée du conflit, le BR.20 était le principal bombardier italien et a mené des actions en France, à Malte et en Afrique du Nord.

Au total, plus de 500 BR.20 ont été construits, déclinés en plusieurs variantes, entre 1936 et 1943, y compris les modèles d'exportation japonais.