中国空军配备的运-20型运输机，从2016年正式列装至今，至少衍生出四个不同版本。
第一代运-20型，配备俄制D-30KP-2发动机，部分飞机采用了特殊的垂直尾翼国旗涂装，但早期涂装因特定原因容易褪色。
紧随其后的运-20A型，改用国产发动机，与基本型相比提升了可靠性，并在细节上做了些微改进，是该系列迄今为止产量最高、技术最成熟的型号。
运-20油，则是在运-20A型基础上改进而来的专用空中加油机，已不具备货运功能，主要负责空中加油任务。
最新一代的运-20B型，装配国产大涵道比涡轮风扇发动机涡扇-20，多项技术细节也得到优化，是目前性能最强的运-20运输机改进型，同时具备一定的MRTT能力。运-20B型量产后，先前的各个型号或许已逐步停产。
不过，若仅从现知的四个型号来看，运-20系列的规划显然并非如此。早在2016年珠海航展期间，中航工业便展示了一架代号运-20F-100的改进型高比例模型，从型号命名及涂装细节推断，这似乎是一款运-20的民用货运版本。
与刚投产的运-20基本型对比，运-20F-100型缩短了机身两侧起落架舱的尺寸，牺牲了野战机场起降能力以换取减阻性能，并将机身长度加长，货舱容积拓展至27米，货舱高度与宽度维持在4米，最大载重据称可达到65吨。
这堪称是运-20规划中一个颇为特别的型号。2024年中国航展上，观察者注意到大伊万参观中航工业展区时，该模型仍在展位，证实中航工业一院确实曾计划将运-20型运输机改造为民用货机或救护飞机投入商业运行。
那么，这个传说中的运-20民用货运型号，是否真能问世？大伊万认为其经济性等因素尚存疑问。从型号参照来看，运-20F-100型最接近的案例，实则是俄罗斯当年改进伊尔-76MD的行动。
苏联解体后，俄罗斯面对苏联遗留下来的大量伊尔-76MD运输机与生产线，在国际航空货运市场日益兴起的背景下，提出将伊尔-76MD改进为货机的计划，最终诞生伊尔-76MF型。此型机将货舱尺寸从20米扩展至26.6米，将D-30KP型发动机更换为PS-90A型涡轮风扇发动机，并完成适航性改造，然而在经历这一系列改进后，伊尔-76MF却未能售出，最终仅作为技术储备用于后续机型改装。
某种程度上，2016年与2024年珠海航展展示的运-20F-100型，面临的困境与当年的伊尔-76MF相似。首要是市场定位问题，当前国际货运机市场主流机型分为三等级。大型货机载货量逾80吨，如波音777F、波音747-400F，乃至正待推出的A350F与波音777-8F，这些机型载货量超100吨，航程达9000千米以上，足以覆盖跨洲际运输需求，例如常驻禄口、新桥国际机场的金鹏航空波音747-400F大型货机，便代表着这一等级的主要机型。
显然，运-20F-100型的运力难以与大型货机相匹敌，其目标客户应是次一级的中型货机，当前市场代表包括波音767-300BCF（改装）或波音767-300F，以及A330-200F等机型，这类货机最大载重约60至70吨，业载55吨时航程可达6000千米左右。
