Советский конструктор Владимир Михайлович Петляков в конце 30-х гг. спроектировал новый высотный истребитель, получивший обозначение ВИ-100. Это был свободнонесущий низкоплан с фюзеляжем круглого сечения, убирающимся шасси с хвостовым колесом и двухкилевым вертикальным оперением в виде концевых шайб. Два V-образных 12-цилиндровых двигателя M-105 мощностью 783 кВт (1050 л.с.) с турбонагнетателями TK-3 были установлены в крыле. Пилот располагался в закрытой кабине, намного впереди передней кромки крыла. Стрелок располагался около задней кромки крыла. Первые полеты самолет ВИ-100 совершил в 1939-40 гг. Были выявлены проблемы с путевой устойчивостью (решена за счет увеличения площади вертикального оперения) и с амортизаторами шасси.

В конце мая 1940 г. было решено перепрофилировать самолет для использования в качестве трехместного пикирующего бомбардировщика ПБ-100. Внутренняя компоновка была переделана: место пилота было немного изменено, оборудовано место для штурмана впереди и ниже кресла пилота. Один самолет ПБ-100 был переделан из модели ВИ-100. После испытаний самолет, ставший выдающимся тактическим бомбардировщиком, был запущен в производство под обозначением Петляков Пе-2. Планер самолета был мало изменен по сравнению с моделью ПБ-100, за исключением дополнительных изменений во внутренней компоновке мест. Пилот стал располагаться в левой части увеличенной кабины, а штурман - на вращающемся кресле сзади и справа от него, что обеспечивало ему доступ к пулемету, а также возможность легко переместиться в позицию лежа при бомбометании. Третьим членом экипажа был воздушный стрелок-радист, располагавшийся позади топливного бака в отдельном отсеке, который имел верхний люк, два боковых окна и подфюзеляжную позицию для пулемета.

Первый серийный Пе-2 поднялся в воздух 18 ноября 1940 г., а к 22 июня 1941 г. было поставлено в общей сложности 458 таких машин. С конца апреля 1941 г. Пе-2 стал основным тактическим бомбардировщиком советских ВВС. К окончанию производства в 1945 г. было построено 11427 самолетов. После войны Пе-2 поставлялись в Чехословакию, Польшу и Югославию.