Сначала консорциум "Эрбас Индастри" исследовал самолет в варианте А330-200, который по размерам фюзеляжа занимал место между самолетами А340-200 и -300. К середине 1988 г. было принято решение удлинить фюзеляж на 0,94 м, в результате чего длина самолета сравнялась с длиной самолета А340-300; после этого самолету присвоили окончательное обозначение А330-300. Согласно графику разработки, первым шел самолет А340, а за ним с интервалом в один год - самолет А330. Опытный самолет А330-300 (с двигателями CF6-80E1) выполнил первый полет 2 ноября 1992 г. В конце октября 1993 г. он был одновременно сертифицирован по европейским (JAR) и американским (FAR) нормам летной годности. Первый самолет в конце декабря 1993г. получила французская авиакомпания "Эр Интер".

В середине октября 1993 г. состоялся первый полет самолета с двигателями Пратт-Уитни PW4000. Его сертификация завершилась в июне 1994 г. Но из-за проблем с реверсом тяги в эксплуатацию самолет поступил только в декабре 1994 г. Самолет с ТРДД Роллс-Ройс "Трент" 700 приступил к летным испытаниям в конце января 1994 г. Самолет А330-300 является первым самолетом консорциума "Эрбас Индастри" с двигателями английской фирмы. В конце декабря 1994 г. завершилась сертификация, а в феврале 1995 г. начались поставки. В течение 1990-х годов консорциум исследовал новые модификации самолета А330. Первоначально прорабатывался вариант А330-300Х с взлетной массой 223 т. В 1992 г. был предложен вариант A330-300HGW с взлетной массой 230 т и дальностью полета 9900 км. В 1995 г. началась разработка варианта А330-200 с укороченным фюзеляжем и увеличенной дальностью полета.

Самолет оснащен цифровым комплексом авионики EFIS, аналогичным комплексу самолета А320.