Die Titan-​34D entstand aus einer Forderung des Pentagon nach einer neuen Schwerlast-​Trägerrakete für große Aufklärungssatelliten. Ursprünglich sollten diese Nutzlasten ab Ende der 1970^er Jahre mit dem Space Shuttle befördert werden, dessen Einsatzbereitschaft verzögerte sich aber immer weiter. Daher wurde untersucht, inwieweit sich die Kapazität der bewährten Titan-​III erhöhen ließ. Da Martin Marietta hierzu bereits eigene Studien angestellt hatte, entstand recht schnell ein entsprechendes Projekt. Es umfaßte eine verlängerte Erststufe der Titan-​34 B, eine modifizierte Zweitstufe der Titan-​IIID, die neue zweigeteilte Feststoffoberstufe IUS und zwei um ein halbes Segment verlängerte Feststoffbooster. Martin Marietta hatte eigentlich weiterhin die Transtage Oberstufe aus der eigenen Produktion einsetzen wollen. Doch das Pentagon, das die Titan als Alternative zum Space Shuttle ansah, bestand auf der neuen IUS, welche auch im Shuttle Programm zum Einsatz kam. Man erhoffte sich dadurch eine flexiblere Wahl des Trägers. Dazu kamen eine modernisierte Elektronik und eine vergrößerte Nutzlastverkleidung von McDonnell Douglas. Die USAF orderte insgesamt 16 Titan-​34D, von denen jedoch nur 15 zum Einsatz kamen. Einige von ihnen schließlich doch mit der alten Transtage Oberstufe. Von der 15 Raketen waren 3 Versager. Als das Space Shuttle endlich für Satellitenstarts zur Verfügung stand, sollte die Produktion der Titan endgültig eingestellt werden. Doch es kam anders. Nach der Explosion der „Challenger“ im Januar 1986 kam die USAF wieder auf die Titan zurück. Bereits im Februar 1985 hatte Martin Marietta einen entsprechenden Entwicklungsauftrag für ein Nachfolgemodell der Titan-​34D erhalten. Diese zunächst als Titan-​34D7  bezeichnete letzte Titan Variante ging schließlich 1989 als Titan-​IV in Dienst.