vignette| USAAF B-29 Superfortress, un bombardier lourd.
Les bombardiers lourds sont des avions de guerre capables de larguer une grande quantité d'armes Air-Sol (le plus souvent des bombes) et de le faire à très longue distance de la base. Les bombardiers lourds font partie des avions les plus lourds, les plus grands et les plus puissants de leur temps. Dans la seconde moitié du , les bombardiers lourds seront progressivement remplacés par les bombardiers stratégiques, souvent plus petits, ayant un meilleur rayon d'action et pouvant larguer des armes nucléaires.
Grâce aux avancées en matière de design et d'ingénierie, spécialement en matière de moteurs et d'aérodynamique, la capacité de transport d'armes air-sol augmente au rythme des innovations de la cellule de l'avion (fuselage, train d’atterrissage, etc.). Le plus gros bombardier de la Première guerre mondiale, le quadrimoteur construit par la compagnie Zeppelin Staaken en Allemagne, pouvait emporter () de bombes. Au milieu de la Seconde Guerre mondiale un simple chasseur-bombardier avec un seul moteur pouvait transporter 910 kg (2'200 pound) de bombes, ces avions prirent le relais des bombardiers légers et moyens pour les missions de bombardement tactique. Les innovations des quadrimoteurs permettent le transport de toujours plus de bombes, toujours plus loin. Par exemple, l'Avro Lancaster (introduit en 1942) a la capacité de transporter 6'400 kg (14'000 pound). De manière exceptionnelle, la charge pouvait aller jusqu’à 10'000 kg (22'000 lb) et la portée de l'avion pouvait s'élever jusqu’à 4'070 km (2'530 miles). Le B-29 (1944), pouvait emporter (20'000 pound) et à un rayon d'action de 5'230 km (3'250 miles). Au début des années 60, le jet B-52 Stratofortress, voyageant à plus de (650 Mph) (plus du double de la vitesse du Lancaster), emporte 32'000 kg (70'000 pound) de bombes sur 7'210 km (4'480 miles).
Pendant la Seconde Guerre mondiale, les techniques de la production en masse permettent la construction d'un très grand nombre de bombardiers lourds à grand rayon d'action permettant de lancer des campagnes de bombardement stratégique importantes.