Konstrukcja thumb|left|Tu-126 przechwycony przez amerykański A-4 nad Morzem Śródziemnym w 1973 roku Tu-126 był całkowicie metalowym dolnopłatem, napędzanym czterema silnikami turbośmigłowymi NK-12MW, każdy z dwoma, czterołopatowymi przeciwbieżnymi śmigłami AW-60H o średnicy 5,6 m. Ciśnieniowy i klimatyzowany kadłub o konstrukcji półskorupowej i średnicy 3,7 m. Podwozie trójzespołowe, chowane hydraulicznie z przednim podparciem. Przednia, dwukołowa goleń do wnęki w kadłubie, podwozie główne, każda goleń zaopatrzona w cztery koła, chowane do specjalnych owiewek w skrzydłach. Wielodźwigarowe skrzydło o trapezowym obrysie z dodatnim skosem 35° w części zewnętrznej i 37° w części przykadłubowej i niewielkim, ujemnym wzniosie, zaopatrzone w klapy Fowlera, lotki i spojlery. Usterzenie klasyczne o trapezowym obrysie. U dołu kadłuba, pod usterzeniem umieszczono dużą płetw stabilizującą. Załoga składała się z dwóch pilotów, dwóch operatorów pasywnych i aktywnych systemów przeciw-radiolokacyjnych, radiooperatora, oficera naprowadzania, inżyniera pokładowego, trzech operatorów systemu Liana, inżyniera serwisowego i operatora wyposażenia radiotechnicznego. W sumie 12 osób jednej zmiany, kolejne 12 osób drugiej zmiany odpoczywało w specjalnie do tego celu przystosowanych pomieszczeniach.