悬臂式下单翼，普通全金属三梁破损安全结构。1/4弦线后掠角35°。中梁向左右两侧延伸至副翼内端。5段前缘缝翼占每侧机翼前缘的80%。三缝式襟翼。缝翼为液压驱动，襟翼为电动。每侧机翼有4个扰流片，机翼内侧的两个扰流片可作为减速和卸升装置。外段副翼提供横向操纵，内段副翼在飞行中可作为减速板。前缘缝翼为电热防冰。

T型悬臂式全金属结构。水平尾翼1/4弦线后掠角40°，垂直安定面前缘后掠角45°。方向舵和升降舵为蜂窝结构。尾翼全部操纵面均为液压操纵。垂尾、平尾前缘均为发动机引气防冰。

普通圆截面全金属半硬壳式结构。机身截面直径3.8米。除机头雷达罩内和装有辅助动力装置的尾锥为非增压舱外，其余各舱均为气密增压舱。全部蒙皮均由化学铣加工而成。

液压可收放前三点式。前起落架向前收入机身，主起落架向后收入机翼后缘整流罩内。圆盘刹车，有防滑装置。前起落架为并列双轮，主起落架为6轮小车式，这种小车式起落架可以使图-154在180毫米厚的水泥跑道上使用。

基本型装3台库兹涅佐夫NK-8-2涡轮风扇发动机，单台推力93.16千牛（9500公斤），其中两台悬挂在机身尾部两侧，中间一台位于机尾，其进气道弯曲延伸至垂直尾翼根部。图-154A装3台NK-8-2U涡扇发动机，单台推力102.9千牛（10500公斤）。图-154M换装索洛维耶夫D-30KU涡轮风扇发动机，单台推力104千牛（10604公斤）。燃油全部储存在机翼的6个整体油箱内，为调节各油箱的燃油量，各油箱都同集油油箱相连，在应急强迫着陆情况下，可用二氧化碳气体迅速冲放掉油箱中的燃油。发动机进气道前缘有发动机引气防冰装置。各型都装一台TA-95辅助动力装置。

驾驶舱内有正、副驾驶员和飞行工程师3个座椅。基本型的标准布局为每排6座，前舱54座，后舱104座，共158座。最新型图-154M座位增加到180个。共有4个客舱门和4个应急出口。货舱为增压舱，前后两个舱门，并有货物装卸机械。

空调系统为客舱增压。3套液压系统由发动机驱动的液压泵供压。任何一套液压系统都可以独立地驱动机轮刹车、操纵系统助力器、襟翼、扰流片和起落架收放。发动机带动3台交流发电机，还有一套36伏交流和27伏直流发电系统，另有4个蓄电池。每个发动机短舱内都有灭火系统，辅助动力装置带动一台直流发电机或交流发电机，作为应急电源系统。行李舱内有烟雾报警器。两套防冰系统，机翼前缘为电热防冰，尾翼前缘采用发动机引气防冰。

自动飞行控制系统和惯性导航系统，测定相对地面导航台距离和航向的无线电导航系统，修正偏航角和对地速度的多普勒雷达系统，活动地图显示器，可记录惯性导航系统和无线电导航系统的数据。数字/模拟混合型计算机可以综合来自飞机大气数据传感器和导航设备的数据，提供给自动飞行控制系统使用。应答器提供本机速度、高度以及对地面雷达的识别。3套迎角传感器，PB-5无线电高度表，APK-15型无线电罗盘，短波和超短波通信电台，装在机头罩内的气象雷达。图-154M还有与自动驾驶系统配套使用的3通道自动驾驶仪，飞机起飞到400米以后到降落至30米之前这一飞行阶段可使用自动飞行操纵系统。