Имея со своим предшественником примерно одинаковые размеры, новый самолет превосходит его по грузоподъемности в 1,8 раза и в 1,6 раза — по скорости полета.
Первый полет опытного образца состоялся 22 декабря 1971 года. Самолет является первым в СССР реактивным транспортным самолетом с коротким взлетом и посадкой. Одной из главных особенностей Ан-72, обеспечившей сокращение разбега при взлете, является расположение двигателей над крылом. Это обусловлено стремлением конструкторов использовать так называемый "эффект Коанда", когда при отклоненных предкрылках и закрылках выхлопная струя двигателя, установленного на крыле в выдвинутой вперед мотогондоле, обтекает без отрыва верхнюю поверхность крыла и закрылка и отклоняется вниз, обеспечивая увеличение подъемной силы и сокращение взлетной дистанции. Определенный интерес представляет и конструкция шасси: каждая из основных стоек фактически состоит из двух отдельных самостоятельных тележек. Такая конструкция шасси оптимально приспособлена к посадке на неровные грунтовые взлетно-посадочные площадки. В полете основные стойки убираются в обтекатели, а передняя — в фюзеляж.
Для уменьшения длины пробега при посадке используется реверс тяги, когда струя выхлопных газов двигателя направляется в сторону, совпадающую с движением самолета. Герметизированная грузовая кабина самолета (10,50х2,15х2,20 м) рассчитана на размещение 68 солдат с оружием, 57 парашютистов или 24 носилочных раненых. Благодаря наличию в задней части фюзеляжа большого грузового люка с аппарелью, на самолете может перевозиться колесная и гусеничная техника или крупногабаритные грузы. Грузовая кабина оборудована средствами механизации погрузочно-разгрузочных работ. Десантирование войск и грузов может осуществляться через грузовой люк и дверь, расположенную по левому борту самолета.
Основная силовая установка самолета состоит из двух двухконтурных турбореактивных двигателей с системой реверса тяги Д-36 (тяга 6500 кгс) или Д-436 (тяга 7500 кгс). Вспомогательная силовая установка обеспечивает запуск двигателей на необорудованных взлетно-посадочных площадках и делает возможной автономную эксплуатацию самолета в течение длительного периода.