Является дальнейшим развитием самолета ATR42. Отличается удлиненным фюзеляжем, крылом увеличенного размаха и установкой более мощных ТВД. Особенностью самолета являются кессоны консолей крыла, полностью выполненные из углепластиков (впервые в пассажирской авиации). В целом доля композиционных материалов на самолете достаточно велика: масса конструкции составляет 7300 кг, из которых на долю композитов приходится 22,6%.К разработке самолета (под обозначением ATR42S) консорциум ATR приступил в середине 1985 г. Первый полет самолет выполнил 27 октября 1988 г. В сентябре 1989 г. состоялась его сертификация во Франции, а в ноябре - в США. Первый самолет был поставлен в октябре 1989 г. финской авиакомпании "Кар Эйр".

В 1996 г. появилась улучшенная модификация ATR72-210 с более мощными ТВД (см. с. 82). В 1992 г. на основе самолета ATR72-200 был разработан проект многоцелевого транспортного самолета ATR-52C, который имеет укороченный на 2,7 м фюзеляж и откидную грузовую рампу в хвостовой части фюзеляжа. В грузовой кабине может размещаться шесть грузовых контейнеров LD3 или четыре поддона, возможна перевозка 50 десантников. Разработка проекта ATR-52C началсь после того, как в ряде стран (Индии, Австралии, ЮАР, Таиланде и др.) появилась потребность в легком транспортном самолете, который мог бы использоваться в гражданских и военных целях. Рынок самолета оценивается в 400 единиц. В конце 1980-х годов исследовался проект морского патрульного самолета "Петрел" 72, который предназначался для борьбы с подводными лодками и надводными кораблями. Мог нести под крылом торпеды и управляемые противокорабельные ракеты типа АМ39 "Экзосет".

Самолет оснащен цифровым комплексом авионики EFIS американской фирмы "Бенедикс/Кинг", в состав которого входят цветные многофункциональные дисплеи. По желанию заказчика может устанавливаться комплекс "Про Лайн" II фирмы "Коллинз".