轰炸机的分类方式多样，主要依据包括机载武器类型、航程以及任务类型。按武器类型，可分为核轰炸机、巡航导弹载机和常规轰炸机。核轰炸机如美国的B-29“超级堡垒”，是战略核力量的关键部分，携载大当量核武器；巡航导弹载机则具备远程投放能力；常规轰炸机则是携带常规炸弹执行任务的飞机。
根据航程划分，轰炸机可分为近程、中程和远程。早期的轰炸机作战半径大约150千米，二战期间航程3000千米以上的被认为是远程，如英国的兰开斯特MKⅡ和原苏联的TB-3。到了80年代，远程轰炸机如B-1和B-2的航程超过10000千米，若加上空中加油，更是难以估量。航程的限制因素包括滑油容量、氧气供应和人员承受能力等，一般认为8000千米以上为远程标准，如从北京到伦敦的距离接近这个标准。
按载弹量和任务，轰炸机还可分为轻型（装载3-5吨炸弹）、中型（5-10吨）和重型（10-30吨），如俄罗斯的图-160。战略轰炸机，如B-52，执行的是战略打击和支援任务，而战术轰炸机，如二战时期的B-17，主要用于战术攻击和支援。
随着技术发展，轰炸机的分类也增加了隐身与非隐身、超音速与亚音速，以及可变后掠翼与非可变后掠翼等特征。在现代空战中，战术轰炸机的地位逐渐被战斗机和攻击机取代，研发趋势向更高级别的战略轰炸机和隐身技术发展。
轰炸机是一座空中堡垒，除了投炸弹外，它还能投掷各种鱼雷、核弹或发射空对地导弹。轰炸机可以分为轻型轰炸机、中型轰炸机和重型轰炸机三种类型。轻型轰炸机一般能装载炸弹3～5吨，中型轰炸机能装载炸弹5～10吨，重型轰炸机能装载炸弹10～30吨。现在世界上比较先进的轰炸机有俄罗斯的22M中型轰炸机，美国的B-52重型轰炸机。