Em 1958 havia uma preocupação crescente com uma ameaça de ataque nuclear americano contra a União Soviética vindo do norte, sendo necessário um novo sistema áereo de radar, que poderia evitar problemas e gastos com a criação de radares baseados em solo para cobrir a enorme costa norte soviética. Foi então solicitado à Tupolev desenhar uma aeronave AEW&C. Após tentar instalar a instrumentação de radar projetada em um Tu-95 e um Tu-116, foi tomada a decisão de utilizar o Tupolev Tu-114 com sua fuselagem mais larga. Isto resolveu problemas como a refrigeração dos equipamentos e espaço para o operador que existiam nos projetos do Tu-95 e Tu-116. Para alcançar o alcance requerido, a aeronave recebeu um receptor para reabastecimento aéreo. O Tu-126 tinha uma tripulação de 12 pessoas e levava o radar Liana (Designação OTAN Flat Jack) em um rotodome montado sobre a fuselagem. Não possuía a capacidade de detectar alvos abaixo de sua linha de horizonte, logo sua penetração era considerada pela OTAN um tanto irrelevante.[2]
O primeiro protótipo voou em 23 de Janeiro de 1962.[3] Os testes continuaram até o outone de 1964, mostrando que o radar era efetivo sobre a água mas ruim sobre o solo.[3] Descobriu-se também que as grandes hélices contrarotativas dos quatro motores afetavam seriamente o desempenho do radar. Este problema era apenas marginal quando utilizado com um novo radar, designado Shmel.[4]
O Tu-126 entrou em serviço em 1965, apesar de ter sido identificado pela inteligência ocidental apenas em 1968, após aparecer em um documentário soviético.[3] Oito aeronaves de produção foram construídas além de um protótipo entre 1965 e 1968[3][1] e todos eram baseados em Šiauliai. A inteligência ocidental estimou que o desempenho de seu radar era inferior a seus equivalentes, não sendo capaz de detectar mísseis de cruzeiro ou uma pequena aeronave voando baixo. Entretanto, alega-se que o Tu-126 tinha um poderoso equipamento de bloqueio. O Tu-126 foi usado pela Força Aérea Soviética até ser substituído pelo Beriev A-50. Um único Tu-126 foi também emprestado para a Índia durante a Guerra Indo-Paquistanesa de 1971.[1] O último Tu-126 foi aposentado em 1984.[5]
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