Перше бойове застосування СУ-100 відбулося в січні 1945 року, і надалі СУ-100 використовувалися в ряді операцій Німецько-радянської війни і Радянсько-японської війни, але в цілому їх бойове застосування було обмеженим. Після війни СУ-100 неодноразово модернізувалася і протягом кількох десятиліть залишалася на озброєнні Радянської армії. СУ-100 також поставлялися союзникам СРСР і брали участь у ряді післявоєнних локальних конфліктів, у тому числі найбільш активно — в ході арабо-ізраїльських воєн. До кінця XX століття СУ-100 була знята з озброєння в більшості країн що її використовували, але, тим не менш, в деяких з них, станом на 2007 рік, все ще залишається в строю.