Maszynę opracowano jeszcze w Związku Radzieckim na bazie dwumiejscowego myśliwca Su-27. Prototyp oznaczony T10-W1 oblatano jednak 13 kwietnia 1990 roku, a drugi – 18 grudnia 1993 roku. Ze względu na proces rozpadu ZSRR i związanego z nim znaczącego ograniczenia finansowania program postępował wolno, dopiero w czerwcu 2003 roku zakończono pierwszy etap połączonych prób państwowych, a wobec ogłoszonej wówczas zmiany wymogów technicznych nastąpiło kolejne opóźnienie: powtórzony cykl prób zakończono we wrześniu 2006 roku. Głównodowodzący rosyjskich wojsk lotniczych podpisał dokument rekomendujący Su-34 do wprowadzenia na uzbrojenie dopiero 19 września 2011 roku.