Модернизированный сельскохозяйственный и транспортный самолет Ан-2М отличался от исходной модели отсутствием второго управления, увеличенным вертикальным оперением, удлиненным фюзеляжем и доработанным капотом двигателя. Первый полет Ан-2М совершил 20 мая 1964 года, за штурвалом находился летчик-испытатель Иван Давыдов.

В начале 1960-х годов у СССР наблюдался стремительный рост сельского хозяйства. Возникла необходимость в специализированном самолете для авиахимработ. Его было решено разработать на базе выпускавшегося в больших количествах самолета Ан-2.

Проект был разработан в 1963 году. В начале 1964 года два серийных Ан-2 были переделаны в два прототипа Ан-2М. Они отличались от серийного новыми двигателями АШ-62М с винтом АВ-2 , стеклопластиковыми баками для химикатов емкостью 1 960 литров, новой сельхозаппаратурой и имели коробку приводов для отбора мощности двигателя. Также второй прототип имел хвостовое оперение увеличенной площади.

Первый полет Ан-2М совершил 20 мая 1964 года, за штурвалом находился летчик-испытатель Иван Давыдов. По итогам государственных испытаний, завершившихся в октябре 1964 года, был сделан вывод, что увеличение площади горизонтального оперения не дает существенных преимуществ. Поэтому в серию было решено запустить самолет со стандартным горизонтальным оперениям, но с увеличенным килем.

Изменено шасси: увеличен противокапотажный угол. Управление тормозной системой - ножное. В январе 1965 года был выделен завод № 464 в Долгопрудном, для серийного производства самолета. В апреле 1966 года были собраны первые 5 серийных Ан-2М. Производство продолжалось до 1971 года, всего было изготовлено 506 самолетов Ан-2М. Они эксплуатировались до 1987 года.