Im Juni 1987 beschloss Airbus Industrie ein Programm zu starten, das gleich zwei neue Flugzeugetypen als Ergebnis hatte: Ein zweistrahliges Flugzeug für Mittel- bis Langstrecken und ein Vierstrahler für extreme Langstrecken.
Aus dem Zweistrahler wurde der A330 und aus dem Vierstrahler der A340. Beide Versionen haben fast den gleichen Flügel, Leitwerk und Rumpf. Sie sind also bis auf die unterschiedliche Triebwerksanzahl fast baugleich. Der Grund dafür liegt auf der Hand: Zum einen spart man Entwicklungs- und Produktionskosten, zum anderen profitieren auch die Fluggesellschaften davon. Die Ersatzteilhaltung und Wartung beider Typen in einer Flotte wird vereinfacht und die Ausgaben für die Schulung von Cockpit- und Bodenpersonal verringern sich.

Diese beide Widebody-Typen sind sogar mit der Narrowbody A320-Familie sehr verwand. So fliegt man auch die A330/340 mit Side-Sticks und das generelle Cockpitdesign der A320-Familie wurde übernommen. So kann ein Pilot mit dem Typrating für irgendeines der fünf (A340, A330, A321, A320, A319) Typen in nur wenigen Lehrstunden auch die Berechtigungen für die anderen Airbusse erlangen.

Wie jeder andere Airbusflügel auch, wurde der Tragflügel von BAe konstruiert. Er besitzt große Winglets und ein Laminarprofil das den Luftwiderstand reduziert. Außerdem wurden große computerkontrollierte Auftriebsklappen installiert. Diese passen sich dem jeweiligen Flugzustand und der Geschwindigkeit an. Sie garantieren, dass die Wölbung der Flügel immer optimal ist und so eine hohe Wirtschaftlichkeit erzielt wird.
Airbus behielt den bewährten Rumpfdurchmesser des A310/A300 von 5.64m bei. So können Airlines in der Economy-class eine 2+4+2 Bestuhlung betreiben. Dabei ist jeder Sitz nur einen Platz vom Gang entfernt und das ist besonders auf Langstrecken sehr angenehm.

Der A330 wird in zwei Varianten angeboten: Die Basisvariante A330-300 ist genauso lang wie der A340-300, kann aber aufgrund der geringeren Reichweite noch ca. 70 (!) Passagiere mehr transportieren. Der gekürzte A330-200 hat hat ein 1m höheres Seitenleitwerk, eine gesteigerte Reichweite und damit ein höheres max. Abfluggewicht.
Als Triebwerk stehen für den A330 das Pratt & Whitney PW4000, das GE CF6-80E1 und das Rolls-Royce Trent 700 zur Auswahl.

Der Roll-Out der ersten A330 fand am 14.10.1992 statt. Ungefähr ein Jahr nach dem Erstflug des A340 startete der der erste Prototyp des A330-300 am 02.11.1992 mit General Electric Triebwerken zum 4:55 Stunden langen Jungfernflug.

Bereits der dritte Prototyp wurde mit kompletter Innenausstattung in den Farben von Erstkunde Air Inter am 28.06.1993 in die Flugerprobungen aufgenommen. Im August des selben Jahres erhielt der A330 seine ETOPS-Zulassung, in dem er sechs Stunden über dem Nordatlantik mit nur einem Triebwerk flog. Im Anschluss flog man in Zusammenarbeit mit Malaysia Streckenerprobungen, bei denen insgesamt 74.000 km zurückgelegt wurden.
Der in Thai-Airways Farben mit Pratt & Whitney PW4168 ausgestatte vierte Prototyp wurde am 14.08.1993 in die Erprobungsflotte aufgenommen und der erste mit Rolls-Royce Trent 700 ausgerüstete A330 kam am 31.01.1994 hinzu. Diese beiden Testflugzeuge absolvierten in 200 Flügen mehr als 500 Flugstunden. Im November 1994 erhielt auch das PW4000 seine 90-min-ETOPS Zulassung. Im Dezember wurde die mit insgesamt acht Prototypen durchgeführten und insgesamt 1.800-stündigen Flugerprobungen abgeschlossen.