По темпераменту Туполев был типичным сангвиником — живым, быстровозбудимым человеком с легко меняющимися эмоциями. Его отличала исключительная наблюдательность, настойчивость, целеустремленность, крестьянское стремление на собственном опыте проверить инженерные находки. Еще Н. А. Жуковский подметил врожденную «рукастость» Туполева и особенно за это его ценил: тот владел и выколоточной киянкой, и сварочной горелкой, и клепочным молотком, умел работать на большинстве станков того времени. Систематизированные инженерные знания, полученные в ИМТУ под руководством Жуковского, овладение теорией эксперимента, обширные практические навыки позволили Туполеву впоследствии создать свою конструкторскую школу, которой мы обязаны многими советскими самолетами.
Туполева как человека и творца отличала исключительная целеустремленность — ради главного дела своей жизни он сознательно отказался от многих соблазнов, твердо подчинив свою жизнь сразу нескольким жестким правилам. Редкая, абсолютная целеустремленность — главная черта его характера. Все остальное было поставлено на службу главному: необыкновенное терпение и осмотрительность, скрупулезность, умение взглянуть на проблему с самой неожиданной стороны. Несмотря на присущее ему самолюбие, Туполев умел признавать свои ошибки, но потом, по прошествии времени, на новом этапе, вновь доказывать несуществующим оппонентам свою правоту. Ему была свойственна определенная ограниченность интересов: он уклонялся от политической активности, не был болельщиком, не играл в карты и шахматы, что было тогда очень популярно, ничего не коллекционировал. Никогда не позволял себе тратить время на волокитство. Но и одержимым его нельзя было назвать — при всей своей целеустремленности от жизненных благ он вовсе не отрекался. Его увлечениями были чтение, автомобилизм, любительская киносъемка, совсем немного — театр, охота, поделки (до конца жизни Андрей Николаевич любил вырезать и строгать перочинным ножиком).
С возрастом честолюбие, азарт и самонадеянность он сдерживал уздою глубочайшего чувства юмора, «бережно намываемого» и мудро расходуемого. Возможно, в этом причина того, что в своей жизни Туполев не знал крупных неудач и тяжелых поражений.
Изредка он бывал на стадионе, но не болельщиком, а скорее наблюдателем. Интерес к людям не пропадал в нем никогда. Выпивал нечасто и понемногу, был гурманом, предпочитая русскую и французскую кухни. В этом плане его стимулировала приходящая домработница «из бывших», по рекомендации нанятая Юлией Николаевной еще в «голодные годы», умевшая приготовить не только французский «луковый суп», но и утонченные блюда из сыра, мяса и птицы. Туполев любил сладкое, отчего был несколько тучен. При росте 176 сантиметров он весил далеко за 90 килограммов.
«Беллетристику почти не читаю; читаю в основном книги по технике, газеты. Кино не люблю. Люблю драматические театры, путешествия. Люблю сатиру и юмор, иногда читаю детские книги. Мои любимые писатели — Толстой, Достоевский», — говорил он в беседе с психологом П. М. Якобсоном, подробно исследовавшим работу Андрея Николаевича в 1933 году. Интерес к природе талантливости и гениальности в 1920-е годы был очень высок, но человеческая природа, в отличие от природы социальной, не подчинялась законам классовой борьбы и не спешила отдавать свои тайны.
Сугубо моногамным было и его отношение к женщинам: супруга Юлия Николаевна всегда была для Туполева единственной во всех смыслах этого слова. Он относился к ней с подчеркнутым вниманием и уважением. Юлия Николаевна, человек в высшей степени воспитанный и доброжелательный, отвечала супругу нежным участием.
Выдающийся американский ученый, нобелевский лауреат в области физиологии и медицины Джеймс Уотсон, который в 1962 году получил эту премию за открытие структуры молекулы ДНК, в одном из своих интервью сказал: «Никогда не тратил времени и мозгов на романы — находил им лучшее применение». Думаю, эти слова мог сказать и А. Н. Туполев.
Юлия Николаевна Желтикова — впоследствии жена А. Н. Туполева, происходила из титулованной дворянской семьи, окончила частную гимназию Ржевской. Фамилия Желтиковых была достаточно широко распространена на Руси, нередко звучала в исторических документах. К сожалению, об отце Юлии Николаевны ничего не известно: тема эта никогда не поднималась в семейных разговорах.
Прекрасно начитанная, литературно и музыкально образованная, лично знакомая с некоторыми выдающимися представителями русской советской культуры, Юлия Николаевна отличалась безукоризненным художественным вкусом и в этом отношении значительно обогатила Андрея Николаевича.