Во время первого демонстрационного полета для прессы, который совершался из московского аэропорта Внуково во время взлета мощными струями воздуха из двигателей самолета была сорвана часть ВПП аэродрома и посадку совершали уже на запасном аэродроме. Больше в аэропорту Внуково самолет не появлялся. Рейсы совершались из аэропорта Домодедово.
Первый рабочий рейс — 26 декабря 1975 года по маршруту Москва — Алма-Ата, самолёт перевез почтовые отправления, а с 1 ноября 1977 года на том же направлении начались и пассажирские перевозки.
Начало пассажирской эксплуатации Ту-144 было приурочено к 60-й годовщине Октябрьской революции. Рейсы выполняли только два самолёта — № 77109 и № 77110. Пилотировали их специально подготовленные экипажи «Аэрофлота», в состав которых входили лётчики-испытатели ОКБ Туполева в качестве вторых пилотов, командирами воздушных судов были переученные пилоты «Аэрофлота». Билет на этот рейс стоил 80 рублей, тогда как на обычный дозвуковой самолёт билет в Алма-Ату стоил 62 рубля. Этот рейс получил № 499 и выполнялся раз в неделю. Обслуживание на борту осуществлялось по Первому классу и включало черную икру и дорогие коньяки. В то же время Concorde тоже работал по классу VIP и перевозил первых лиц государства, таких как королева Великобритании и поп-звезд. Билет на Concorde стоил несколько тысяч долларов
Самым продолжительным беспосадочным регулярным рейсом Ту-144 был маршрут Москва — Хабаровск, протяженностью 6250 км. Самый продолжительный рейс с посадкой — по маршруту Париж — Новосибирск — Токио, общей протяженностью 11 200 км. Чуть короче был маршрут Москва — Азорские острова — Гавана (10 400 км).
Однако, коммерческая карьера Ту-144 была недолгой. 1 июня 1978 года, всего через семь месяцев после начала коммерческой эксплуатации, «Аэрофлот» прекратил сверхзвуковые пассажирские рейсы. Непосредственным поводом для прекращения пассажирских полётов послужила катастрофа опытного экземпляра Ту-144Д, произошедшая неделей ранее (см. ниже). Более основательной причиной отказа от пассажирской эксплуатации называется нерентабельность. Хотя билеты на сверхзвуковой рейс, цена которых была до полутора раз выше обычных, распродавались полностью задолго до вылета, они не покрывали даже незначительной части эксплуатационных расходов, вызванных высоким удельным расходом топлива в крейсерском режиме и сложным обслуживанием. Значительное повышение стоимости билетов в СССР, где не было класса богатых людей (в отличие от западных потребителей «Конкорда»), не имело перспективы. Кроме того, малая дальность полёта первых модификаций (3-4 тыс.км), которую могли позволить двигатели НК-144А, и меньшая чем у «Конкорда» дальность с новыми двигателями РД-36-51А (5 тыс.км) также ограничивали или усложняли и удорожали (при промежуточных посадках) возможности пассажирской эксплуатации как в стране, так и за её пределами на длинных межконтинентальных и трансконтинентальных маршрутах, где целевое сокращение времени полёта особенно ощутимо при сверхзвуковой скорости.
Впоследствии Ту-144Д использовался только для некоторых срочных и специальных грузовых перевозок между Москвой и Хабаровском и др.
В общей сложности, Ту-144 совершил 102 рейса под флагом Аэрофлота, из них 55 пассажирских (было перевезено 3194 пассажира).
Позже Ту-144 совершали только испытательные полёты и несколько полётов с целью установления мировых рекордов.
С 1995 по 1999 годы один значительно модифицированный Ту-144Д (№ 77114) под названием Ту-144ЛЛ («Летающая лаборатория») использовался американским космическим агентством НАСА для исследований в области высокоскоростных коммерческих полётов с целью разработать план для создания нового современного сверхзвукового пассажирского самолёта. На Ту-144ЛЛ были установлены двигатели НК-32 (аналогичные используемым на Ту-160) в связи с отсутствием пригодных к эксплуатации НК-144 или РД-36-51, разнообразные датчики и испытательная контрольно-записывающая аппаратура. После завершения полётов двигатели были демонтированы. Самолет сейчас так же стоит в Жуковском и вероятно станет частью создаваемого Национального музея авиации в Жуковском. Сейчас разрабатывается проект музея. В музей так же войдет и последний из выпущенных Буранов (сейчас идет его восстановление)
Но вернемся к данному Ту-144 СССР-77115: Самолет в течении 20 лет был безхозным и даже планировалась его утилизация, но удалось его спасти.
В 2007 году ТУ-144Д № 77115 был заново окрашен в соответствии с исторической схемой окраски и выставлен для всеобщего обозрения на авиасалоне МАКС-2007, а также на авиасалонах МАКС-2009, МАКС-2011 и МАКС-2013
Сейчас он принадлежит Научно-Инженерной компании