Projekt Prace nad samolotem rozpoczęły się oficjalnie w 2000 roku. Tym niemniej, wydług niepotwierdzonych źródeł, prace nad nowym transportowecem oznaczonym wstępnie jako Y-9, rozpoczęto już w 1993 roku. W 2007 roku nieoficjalnie ujawniono makietę maszyny. W prace konstrukcyjne zaangażowane zostały biura konstrukcyjne zakładów Xi'an Aircraft Industrial Corporation (XAC), Chengdu Aerospace Corporation (CAC), Shenyang Aircraft Corporation (SAC) oraz 603 Instytut. Głównym konstruktorem samolotu został inżynier Tang Chang Hong z zakładów Xi'an. Obok zadań transportowych, w przyszłości samolot ma również pełnić rolę platformy, na bazie której zostaną zbudowane samoloty dozoru radiolokacyjnego oraz powietrzne tankowce. Obok prac rodzimych przedsiębiorstw i biur konstrukcyjnych, w pracę nad mowym samolotem zaangażowano zagraniczne ośrodki. W 2004 roku Chińczycy pozyskali projekt samolotu TTS (Tiażołyj Transportnyj Samolot), opracowanego w Biurze Konstrukcyjnym im. Antonowa w Kijowie pod kierunkiem P. Bałabujewa. W 2009 roku oficjalnie podano do publicznej wiadomości fakt konstruowania Y-20. W tym samym roku, 20 sierpnia rozpoczęto budowę tylnej części kadłuba samolotu, za którą odpowiedzialne były zakłady SAC.