Являясь глубокой модернизацией самолета Ил-76, эта машина имеет удлиненный, более вместительный фюзеляж и новые, мощные и экономичные двухконтурные двигатели ПС-90А, Первый полет Ил-76МФ, построенного на Ташкентском авиационном заводе, состоялся 1 августа 1995 года, а 18 августа машина уже демонстрировалась на Московском авиакосмическом салоне.За счет двух дополнительных секций длиной по 3,3 м, "врезанных" в фюзеляж перед крылом и за ним, вместимость грузового отсека удалось увеличить в 1,3 раза (длина грузового пола составила 31,14 м по сравнению с 24,5 м у Ил-76МД). Двигатели ПС-90А, развивающие максимальную тягу до 16000 кгс, обеспечили самолету на 12-15% лучшую топливную эффективность и на 15-20% большую дальность полета, чем у предшественника. С нагрузкой 40 т Ил-76МФ способен пролететь 5800 км по сравнению с 4700 км - пределом для Ил-76МД. На 100 метров удалось сократить и взлетную дистанцию.

В отличие от других военно-транспортных машин типа Ил-76 новая модификация не несет оборонительного пушечного вооружения. В состав кабинного приборного оборудования включены два экранных индикатора на ЭЛТ, добавлен блок спутниковой навигации. Использование более современного БРЭО позволило отказаться от бортрадиста. Может применяться Ил-76МФ и в поисково-спасательном варианте, предназначенном для действий над морем. В этом случае он берет на борт два спасательных спецкатера "Гагара", сбрасываемых на парашютах в районе бедствия. На базе Ил-76МФ ведется разработка гражданского варианта самолета, предназначенного для использования на коммерческих грузовых авиалиниях. По желанию заказчиков эта машина может оснащаться импортными двигателями, в частности ТРДД CFM-56 французского производства.

Навигационная РЛС (под кабиной штурмана), метеорологическая РЛС (в носу), БЦВМ. Самолет имеет герметизированную грузовую кабину, опускающуюся грузовую рампу, две тяговые грузовые лебедки, расположенные у передней стенки грузовой кабины, четыре электротельфера, по два с каждого борта (задние электротельферы могут выдвигаться на 5 м за порог рампы), четыре переставляемых по ширине рампы подтрапника.В грузовой кабине возможна установка трех пассажирских модулей, выполненных в виде стандартных контейнеров (пассажировместимость каждого модуля 30 человек).

Имеются контейнеры с ИК ложными целями (192 патрона калибром 50 мм).