При создании АНТ-40 был использован опыт постройки и испытаний двухмоторного многоместного истребителя МИ-3/АНТ-21 и двухместного пушечного истребителя ДИП/АНТ-29, которые были близки по общей схеме конструкции. Проектирование самолета АНТ-40 шло быстро и в марте 1934 г заказчик, Управление ВВС, рассмотрел и утвердил эскизные чертежи и натурный макет самолета, а уже в июле заводу опытных конструкций ЦАГИ были досрочно переданы все рабочие чертежи.
Постройка первого прототипа с двигателями Wright Cyclone F3 началась 25 апреля 1934 г, она шла одновременно с выпуском чертежей и потребовала более высокой культуры производства, так как технологические процессы и производственные технологии, применявшиеся раннее, не были пригодны для постройки АНТ-40. Самолет был построен в рекордно короткий срок — за шесть месяцев и имел следующие данные (Таблица 1, первая колонка).
7 октября 1934 г состоялся первый полет первого прототипа АНТ-40РЦ (Райт-Циклон), который пилотировал летчик К.К.Попов. Испытания, проводившиеся до 31 октября показали, что самолет обладал плохой продольной устойчивостью, а также повышенной чувствительностью элеронов и большими нагрузками на штурвал. Это приводило к самопроизвольному взмыванию и пикированию самолета при посадке, что усложняло пилотирование. Недостатки пытались устранить увеличением площади и изменением угла установки стабилизатора, увеличением площади элеронов, уменьшением площади рулей высоты и введением в систему управления резиновых амортизаторов, возвращавших отклоненный штурвал в нейтральное положение и тем самым уменьшавших «раскачку» самолета в продольной плоскости. Однако это дало лишь небольшое улучшение в устойчивости и управляемости самолета, но его пилотирование оставалось сложным. На девятом полете 31 октября самолет потерпел аварию при посадке на заводском аэродроме. Самолет был возвращен в ЦАГИ, где восстанавливался до февраля 1935 г. Во время ремонта в конструкцию первого прототипа были внесены некоторые изменения. Мотористы, которые участвовали в ремонте самолета, по своему переименовали обозначение нового самолет: СБ — «Сволочь Бездарная».
С 5 февраля по 21 июня 1935 г были проведены повторные заводские испытания АНТ-40РЦ с трехлопастным металлическим пропеллером. Самолет имел следующие размерные и весовые данные (Таблица 1, вторая колонка). На испытаниях самолет развил максимальную скорость 325 км\час на высоте 4000 м, был достигнут потолок 6800 м, посадочная скорость составляла 100–110 км\час. Поскольку второй прототип показал к тому времени гораздо большую максимальную скорость, испытания первого были прекращены. Он был переведен в разряд экспериментальных самолетов и передан для опытных работ в Отдел эксплуатации, летных испытаний и доводки. Так, с 21 февраля по 11 марта 1936 г на нем испытывались убираемые лыжные шасси и винты изменяемого шага фирмы «Гамильтон». О дальнейшей судьбе первого прототипа АНТ-40 сведений не имеется.
15 мая 1934 г началась постройка второго прототипа с двигателями Испано-Сюиза. При этом были частично учтены результаты испытаний первого прототипа. Крыло второго прототипа имело больший размах, его площадь была увеличена до 51,95 кв. м, были внесены исправления систему управления. Второй прототип АНТ-40ИС (Испано-Сюиза) имел следующие характеристики (Таблица 1, третья колонка).