La aeronave ha sido diseñada por la empresa Xi'an Aircraft Corporation Industrial (HAS). Según un portavoz de la empresa, hoy por hoy en el mercado de aviones de transporte pesados solo está el Boeing C-17 Globemaster III norteamericano y el Iliushin Il-76 ruso.
Sin embargo, el fabricante chino afirma que el Y-20 supera a su análogo ruso, Il-76 (que realizó su primer vuelo en 1971) dado que dispone de mayor carga útil, más espacio para la carga, mejor configuración y motores con mayor empuje.
El avión tiene una tripulación de tres personas, carga máxima de 66 toneladas, longitud de fuselaje de 47 metros y 45 metros de envergadura. Según la compañía, la aeronave es muy adecuada para maniobrar en distintas pistas y es capaz de portar la gama completa de los principales vehículos de combate del Ejército Popular de Liberación.
En cuanto a la planta propulsora, China está desarrollando activamente su motor turbofan propio. Mientras tanto, en la actualidad, el avanzado Y-20 usa motores de importación rusos D-30KP2. Las características de estos motores no son tan altas como las del PS-90A, que utiliza el programa del Il-476 ruso, por lo cual el empuje de Y-20 todavía puede mejorar.
Según medios chinos, el Y-20 también podrá ser reconvertido para actuar como bombardero, avión-cisterna para reabastecer de combustible a otras aeronaves en vuelo o portar el sistema de alerta temprana y control aerotransportado, o AEW&C (por sus siglas en inglés, un sistema de radar aerotransportado diseñado para detectar aeronaves a grandes distancias).