Pierwszy seryjny ciężki samolot transportowy Il-76MD-M został przekazany Ministerstwu Obrony Federacji Rosyjskiej po serii testów odbiorczych. Obecnie samolot znajduje się w jednej z baz lotnictwa transportowego WKS FR (wojsk lotniczo-kosmicznych).
W sierpniu 2013 Ministerstwo Obrony FR podpisało umowę państwową ze spółką Iliuszyn na realizację prac modernizacyjnych samolotu transportowego Ił-76MD i tankowca Il-78M. Celem modernizacji jest przedłużenie ich trwałości użytkowej o 15 lat, wyposażenie w nowoczesne urządzenia nawigacji i łączności oraz wymiana wyposażenia, które nie jest już produkowane (Zakończenie testów Ił-76MD-M, 2016-12-31).
Modernizacja Ił-76MD-M polega na zabudowaniu najnowszego wyposażenia elektronicznego, systemów łączności i samoobrony. W przedniej części kadłuba zainstalowano optoelektroniczny system wizualizacji działający w paśmie widzialnym i podczerwonym. Przy modernizacji wykorzystano elementy z projektowanego równolegle Ił-76MD-90A, by zachować możliwość ich zamienności. Silniki D-30KP także zostały zmodyfikowane w celu przedłużenia ich żywotności (Oficjalny oblot Ił-78M-90A, 2018-01-28).