中国人民解放军空军虽然近年来在隐形战机和舰载机方面取得了长足的进步，但在军用运输机方面与美国和俄罗斯相比，仍然有很大的差距。此前服役中的、运力最大的国产运输机是运-8，其运载量小，仅与C-130相类，而且航程较短；又因采用涡轮螺旋桨发动机，故其航速受到相当大的限制。运-8的性能相较于中国空军的整体发展程度，并不匹配。
运-20之前，中国运输机的主力机型是从俄罗斯进口的20多架伊留申76，在训练演习及抢险救灾中高强度使用。此前在地震等情况下，中国空军为了弥补空中运输力量的不足，曾经向民航甚至物流公司借用飞机运输货物。因此，运-20对提升中国空军的后勤水平有着重大的意义。
在军事用途上，运-20最大载重能力达到66吨，可以载运主战坦克等重装备，最大飞行距离亦增至7800公里（40吨载重）。新运输机不仅能承揽中国国内急难运输，还可以进行亚洲地区的战略、救援物资投送。另外，运-20的电子设备相较伊尔-76也有了改进。但在战术运用上，例如野战条件下降落，燃油经济性等，运-20仍与美国等发达国家的主流运输机还有差距，未来的进步仰赖配备有更强劲的国产引擎和进一步强化的起落架等的改进型号。
中国空军在2016年列装了首批运-20军用运输机。运-20的最大起飞重量为220吨，其设计研发参考了俄罗斯的伊尔-76。运-20的研发工作开始于2006年，当时中国刚刚取消了38架俄罗斯伊尔-76运输机和伊尔-78s加油机的巨额订单，其订单总额达到15亿美元。取消订单的原因是俄罗斯试图将价格提高27%。为了获得先进的军用运输机，中国军方只能另辟蹊径，例如让国内飞机制造企业集思广益。而这种方法最终促使国产运-20出现在人们眼前。中国军方一直希望装备一种类似美国C-17的军用运输机，改进版的伊尔-76曾经是比较好的选项，但俄罗斯政府出于经济和政治方面的原因放弃了伊尔-76改进版的研发。
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