Trong thời kỳ Chiến tranh lạnh, Không quân Liên Xô có phần lép vế so với Không quân Mỹ. Quân đội Liên Xô cần một vũ khí phóng từ trên không để có thể khắc chế sức mạnh quân sự của Mỹ. Phòng thiết kế Raduga được chính phủ Liên Xô giao trọng trách phát triển tên lửa hành trình mới vào năm 1971 có thể răn đe Mỹ và các đồng minh.

Nhóm thiết kế đã lựa chọn giải pháp thiết kế tên lửa có tốc độ cận âm vừa đảm bảo được tính hiệu quả vừa có chi phí thấp hơn so với phát triển tên lửa siêu âm, giảm những rủi ro trong quá trình phát triển. Tên lửa mới được chỉ định Kh-55 hay X-55 theo phiên âm tiếng Nga (NATO định danh là AS-15 Kent) được bắn thử nghiệm lần đầu năm 1976.

Kh-55 có thiết kế khí động học tương tự như tên lửa hành trình nổi tiếng Tomahawk của Mỹ với thân hình trụ, 2 cánh ổn định sẽ bật ra sau khi phóng.

Tên lửa có chiều dài 6,04m, đường kính thân 0,514m, sải cánh 3m, trọng lượng phóng 1,21 tấn, trang bị đầu đạn thông thường nặng 400kg hoặc đầu đạn hạt nhân chiến thuật 250 kiloton.

Tên lửa Kh-55 được trang bị động cơ phản lực cánh quạt R95-300 ở phía dưới bụng phía sau đuôi tên lửa. Động cơ này được xem là một thành phần quan trọng của các công nghệ trên tên lửa Kh-55.

Đây là một loại động cơ phản lực cánh quạt nhỏ gọn, hiệu quả và rất tiết kiệm nhiên liệu trong khi cho lực đẩy tương đối lớn. Động cơ này có chiều dài chỉ 850mm, đường kính 330mm, trên thế giới chưa có loại động cơ nào tương tự.

Tên lửa được dẫn hướng đến mục tiêu kết hợp dẫn hướng quán tính, cập nhật thông số về mục tiêu thông qua liên kết dữ liệu. Ở pha cuối, tên lửa có thể sử dụng radar chủ động để tìm kiếm mục tiêu và tấn công hoặc sử dụng cảm biến hình ảnh theo công nghệ so sánh hình ảnh tương phản về khu vực mục tiêu được lưu trong bộ nhớ của tên lửa.

Công nghệ dẫn hướng này cho phép tên lửa tấn công mục tiêu với độ chính xác khá cao, bán kính lệch mục tiêu CEP của Kh-55 khoảng 15m, tầm bắn của Kh-55 khoảng 2.500km.

Kh-55 được chấp nhận vào trang bị từ năm 1984 nó được phóng từ các loại máy bay ném bom chiến lược của Nga như: Tu-95MS, Tu-22, Tu-160 và sau này là cả cường kích Su-34.

Ngay khi Kh-55 được chấp nhận vào trang bị, nhóm thiết kế của Raduga đã phát triển biến thể nâng cấp Kh-55MS. Biến thể mới được bổ sung thêm 2 thùng nhiên liệu hình tứ giác ở 2 bên hông tên lửa, động cơ cải tiến với hiệu suất tốt hơn. Điểm nổi bật của Kh-55MS là được trang bị công nghệ dẫn hướng rất tinh vi hơn.

Tên lửa được trang bị một máy tính kỹ thuật số sử dụng bộ lọc dữ liệu Kalman với một bản đồ kỹ thuật số, radar đo độ cao các bộ phận cấu thành này cho phép tên lửa sử dụng công nghệ dẫn hướng kiểu TERCOM (men theo địa hình). Ở pha cuối, tên lửa sử dụng công nghệ dẫn hướng so sánh hình ảnh tương phản kỹ thuật số DSMAC cùng với sự hỗ trợ của hệ thống định vị toàn cầu GLONASS.

Công nghệ dẫn hướng này cho phép tên lửa có độ chính xác rất cao, CEP của Kh-55MS dưới 5m, khả năng này tương đương với BGM-109 Tomahawk của Mỹ trong khi tầm bắn đạt 3.000km vượt xa hơn nhiều so với Tomahawk và trở thành loại tên lửa phóng trên không có tầm bắn xa nhất thế giới.

Ngoài các biến thể Kh-55/Kh-55MS dùng cho Quân đội Nga, có 2 biến thể được phát triển cho xuất khẩu bao gồm Kh-65SE có tầm bắn 600km theo điều khoản của Hiệp ước cắt giảm vũ khí hạt nhân tầm trung INF được ký kết giữa Mỹ-Liên Xô vào năm 1987. Một biến thể xuất khẩu khác là Kh-SD được giới thiệu vào năm 1995, có tầm bắn khoảng 300km.

Những năm 1990, Raduga tiếp tục phát triển một biến thể hiện đại hơn của Kh-55MS được chỉ định là Kh-101/102, trong đó Kh-101 được trang bị đầu đạn thông thường nặng 400kg còn Kh-102 được trang bị đầu đạn hạt nhân chiến thuật.

Kh-101/102 được thiết kế với khả năng tàng hình rất cao, thân tên lửa hình oval thay vì hình trụ như nguyên bản. Tên lửa có kích thước lớn hơn, dài hơn trang bị công nghệ dẫn hướng tinh vi hơn, dự kiến tên lửa có tầm bắn khoảng 5.000km sẽ đi vào phục vụ trong biên chế Không quân Nga vào cuối năm 2013.

Khi Kh-101/102 đi vào biên chế nó có thể soán ngôi Tomahawk và trở thành loại tên lửa hành trình tấn công mặt đất tối tân nhất thế giới ở mọi chỉ số.