1934年，蘇聯飛機設計大師安德烈·圖波列夫，在ANT-40( 蘇聯SB系列轟炸機)的基礎上發展一種四發重轟炸機，命名為ANT-42，隨著圖波列夫在大清洗中入獄，該機的研製工作被轉移到佩特利亞科夫設計局進行。
1936年12月，後繼者設計的ANT-42在蘇聯格羅莫夫試飛院投入試飛 。不過就和歷史上大多數失敗的飛機研發案一樣，Pe-8從一開始就缺乏一具強力而且可靠的發動機。米庫林AM-34氣冷發動機(AM-35引擎的前身)輸出功率僅有800匹馬力，即使使用四臺，也無法為飛機提供足夠推力，導致了ANT-42無論高空性能還是起降性能都很低下，遠遠達不到設計要求。雖然工程技術人員隨後更換了功率比較大的AM-34FRN發動機(1120匹馬力)，但是可靠性極差，尤其AM-34系列發動機，當時沒有適合的增壓器，因此Pe-8原型機的高空性能十分差勁。
為了讓該項目繼續進行，工程師又將原型機的炸彈艙安裝了一具M-100 ATsN-2發動機，功用是使用機械增壓器將加壓空氣提供給飛機主發動機使用。由於發動機問題持續無法解決加上機體超重問題，TB-7的研發以及生產一直不算順利，安裝了裝甲以及相關轟炸設備的2號原型機，首次試飛直到1938年7月26日才進行。相關的第一批6架先導量產型開始決定製造，不過直到此時發動機的問題仍然未解決。
佩特利亞科夫本人也因為研發進度落後，在1937年4月被關進勞改營，此後計劃是由Josef Nezval負責，雖然他極力讓TB-7的生產開始上軌道，但是AM-34的問題持續困擾的這架飛機，進度落後到1939年蘇聯中央一度考慮中止TB-7研發計劃。
為了拯救計劃，設計師開始提出使用其他發動機的方案，包括Charomski生產的M-30B或M-40柴油引擎。雖然柴油引擎提供了Pe-8足夠的航程，但是代價是極差的機械可靠性，帶來災難性的後果，因機械故障而墜毀的Pe-8，不次於被敵機擊毀的數量，蘇軍飛行員對該飛機極度反感。因此，在1940年，設計師又推出了安裝ShvetsovASh-82引擎以及AM-35引擎的改良型，這兩款引擎提供了Pe-8穩定的表現，但是在航程上卻大幅度縮短。
決定更換引擎後，TB-7於1941年被賦予Pe-8正式編號。該機在1940年5月公開展示。佩特利亞科夫在同年7月釋放，回到設計局繼續輔助TB-7量產，到1940年10月，一共生產了93架。
裝備使用情況
Pe-8投產後，僅裝備在少數部隊，即432特別轟炸機團以及補充用的433團，之後，這兩個單位分別被改編為746以及890轟炸機團
在作戰紀錄上，Pe-8比較顯著的戰鬥紀錄為1941年8月11日對柏林的轟炸。這場轟炸動用了12架Pe-8，但是因為發動機故障以及迷航等因素，最後僅有4架完成任務，轟炸的宣傳作用大於作戰實質效果。而此戰後，該機低劣的可靠性也由此傳到蘇軍高層，由此在1941年9月以後，蘇聯飛機再也沒有出現在德國領空，並一直延續到1945年。
單純 以Pe-8的技術數據而言，這款飛機的性能與同時期歐美四發重轟炸機接近。但該機糟糕的技術狀態，以及蘇聯空軍對於戰略轟炸採取了鄙視態度，認為只有帝國主義國家才會使用這種侵略性的戰略轟炸機，蘇聯飛機只要有戰術攻擊能力就足夠，這點對Pe-8產量稀少有重大影響。
佩-8照片後期Pe-8換裝新型汽油發動機之後，整體性能也逐漸穩定，但是在租借法案援助的飛機，性能皆超越Pe-8的情況下，這款飛機的存在價值降低，並且在1944年春季之後退出第一線作戰任務。
除了轟炸任務以外，Pe-8於其他領域較為突出的事件是在1942年5月19日至6月13日載運蘇聯外交部長莫洛托夫代表團，自莫斯科飛往倫敦及華盛頓特區與盟軍談判開闢第二戰場的相關事宜，途中經過德國領空沒有遭遇任何阻攔。
二戰後，殘餘的Pe-8於戰爭結束後轉用運輸業務並服役到50年代末期退役。
主要數據
研製年代 1939年
用途 戰略轟炸機
乘員:11人
發動機:四臺Mikulin AM-35A
航程: 4700KM
最大速度: 438KM/H
升限: 8400M
最大起飛重量: 31420KG
翼展:39.10M
機長:23.6M
機高:6.20M
武備:兩門20mm航炮， 兩挺7.62mm機槍，兩挺12.7mm機槍，可載4000kg炸彈