Самолёты Ту-134 производились в Харькове в 1966—1984 годах. В 1984 году серийное производство было свернуто, но в последующие годы было построено ещё несколько экземпляров. Последний Ту-134 сошел со стапелей Харьковского авиазавода 30 июня 1989 года.Всего за 23 года было произведено 852 самолёта. К моменту окончания серийного производства Ту-134 стал третьим по числу выпущенных экземпляров советским реактивным самолётом (уступая Як-40 и Ту-154) и самым массовым магистральным.
За долгие годы эксплуатации Ту-134 показал свою надёжность и экономичность, отвечая всем требованиям времени. По показателям коэффициента надёжности Ту-134 зарекомендовал себя практически безотказным. Выдающейся особенностью самолёта являются непревзойденные до сих пор ограничения по величинам встречной (30 м/c) и боковой (20 м/с) составляющих ветра при взлете и посадке. В условиях СССР, где подавляющее большинство аэродромов имели только одну ВПП, это качество сыграло заметную роль в повышении регулярности полетов. До начала 1990-х годов парк Ту-134 только в СССР перевёз около 500 млн. пассажиров и сегодня продолжает работать на линиях стран СНГ и в ВВС.
Кроме пассажирских перевозок, отдельные модификации Ту-134 используются в военной и сельскохозяйственной авиации. Так, на Ту-134УБЛ проходят тренировку лётчики дальней авиации (модификация для подготовки пилотов Ту-22М), на Ту-134Ш — штурманы (в салоне имеется несколько полноценных рабочих мест для штурманов-навигаторов Ту-22М). Построено некоторое количество машин для пассажирско-транспортных перевозок командных кадров ВС (штабных), в том числе и оборудованных спецсвязью (ЗАС), на базе Ту-134А.
Ту-134 считается одним из самых «громких» самолётов в мире. После вступления в действие Главы 3 приложения 16 ИКАО в 2002 году, ужесточившей шумовые нормы для воздушных судов, эксплуатация Ту-134 в странах ЕС была запрещена, и сегодня он используется почти исключительно на внутренних маршрутах России и стран СНГ.
После катастрофы Ту-134 в аэропорту Курумоч в марте 2007 было объявлено о том, что к 2015 году эксплуатация самолётов этой модели будет прекращена. 1 января 2008 года обладатель одного из крупнейших флотов Ту-134, Аэрофлот, прекратил их эксплуатацию. Часть самолётов была передана в дочерние компании Аэрофлот-Норд и Аэрофлот-Дон, часть продана, часть списана. С марта 2011 года московский аэропорт «Внуково» полностью запретил приём самолётов данного типа и других советских самолётов: Ту-154Б и Ил-86, а также ограничил приём лайнеров Ту-154М.
На начало 2006 года в эксплуатации находилось 245 Ту-134, из них 162 — в России. К середине 2007 года число российских Ту-134 сократилось до 146, ещё через год — до 117, к началу 2009 года примерно до 100 штук. Они заменяются на Boeing 737, Airbus A319, Ан-148. В перспективе на смену последним Ту-134 должны были прийти самолёты проекта Superjet 100. Большинство летающих в России машин используются как бизнес-чартеры.
По состоянию на февраль 2012 года в эксплуатации в мире находится порядка 130 самолётов Ту-134, из них более 100 — в России. Гражданскими эксплуатантами на регулярных пассажирских рейсах являются авиакомпании ЮТэйр-Экспресс (12 самолётов) и Алроса (2 самолёта). С 1 января 2012 года к полётам на территории России допускаются только самолёты, дополнительно оборудованные системой предупреждения столкновения с землёй.