W porównaniu z Ki-85 nowa konstrukcja miała zdecydowanie bardziej ambitną charakterystykę. Ki-91 miał mieć większy zasięg, silniejsze uzbrojenie i większą prędkością maksymalną. Duże zaangażowanie wytwórni w bieżące prace nad modernizacją Ki-45 i Ki-48 spowodowało, że projekt wstępny Ki-91 był gotowy dopiero na początku 1943 roku. W maju tego samego roku został on zaakceptowany przez wydział techniczny Cesarskiej Armii Lądowej i przystąpiono do budowy makiety i prototypu Ki-91. Prace nad samolotem nie miały zbyt wysokiego priorytetu i postępowały bardzo powoli. W pierwszej połowie 1944 r. ukończono drewnianą makietę Ki-91 i pod koniec tego samego roku przystąpiono do budowy latającego prototypu. Planowano, iż w połowie 1946 r. ruszy seryjna produkcja bombowców.
W lutym 1945 r. podczas jednego z wielu amerykańskich nalotów zniszczeniu uległ budowany prototyp oraz jego oprzyrządowanie. Po tym wydarzeniu dalsze prace nie były już kontynuowane.