Су-35 является дальнейшей модернизацией многоцелевого истребителя Су-27 (обозначение в ОКБ-Т-10М или Су-27М),, в котором воплощены новейшие достижения в области аэродинамики, конструкционных материалов, двигателестроения и электроники конца 1980-х годов. На самолет установили новый комплекс БРЭО с новой РЛС большой мощности. Взлетные и посадочные массы этого варианта Су-27, названного Су-27М (обозначение в ОКБ-Т-10М), выросли по сравнению с Т-10С. Это привело к применению усиленных опор шасси, в том числе двухколесной передней, аналогично Су-24. Кроме того, увеличение массы самолета, номенклатуры вооружения и объема оборудования потребовали усилить крыло, оснастить его дополнительными точками подвески и установить ПГО. Для размещения нового БРЭО, усиленной передней опоры, ПГО и системы дозаправки топливом в полете разработали новую головную часть фюзеляжа с увеличенным радиопрозрачным обтекателем антенны РЛС и боковыми люками доступа к аппаратуре (аналогично Т-10-1). Новая "голова" самолета, для сохранения устойчивости и управляемости в путевом канале, повлекла увеличение вертикального оперения и площади рулей направления. Для монтажа части нового оборудования увеличили длину и диаметр хвостового обтекателя, а контейнер тормозного парашюта перенесли на верхнюю поверхность хвостовой части фюзеляжа перед топливным баком.

Су-35 представляет собой одноместный истребитель, имеет интегральную аэродинамическую компоновку и выполнен по схеме "Триплан" с поворотным ПГО, установленным на наплыве крыла и значительно расширяющим маневренные возможности самолета благодаря уменьшению его балансировочного сопротивления. Это единственный в мире серийный статически неустойчивый истребитель такой схемы. Конструкция выполнена с использованием алюминиево-литиевых сплавов, широко применены конструкционные материалы. Самолет оснащен новой системой управления вооружением, включающей ЭВМ управления оружием для атак наземных целей, многофункциональную РЛС и оптоэлектронную систему. Многорежимная помехозащищенная РЛС имеет режим картографирования земной поверхности и атаки наземных целей, позволяет обнаруживать воздушные цели на дальности до 400 км, а наземные на удалении до 200 км, одновременно сопровождать не менее 15 воздушных целей и не менее шести одновременно атаковать ракетами. Су-35 способен наносить дальние высокоточные и мощные удары по тылам противника, поражать на большом удалении надводные корабли, вести борьбу с самолетами ДРЛО и РЭБ, а также с воздушными командными пунктами. Наземные или морские цели могут быть атакованы без захода в зону объектовой ПВО.

БРЭО самолета включает системы, использующие элементы искусственного интеллекта, и обеспечивает упреждающее поражение воздушных целей на дистанциях, гарантирующих от возможности ответного удара противника, автоматическое целеуказание при действиях как по воздушным, так и по наземным целям. Автоматизировано управление полетом на всех режимах (в том числе и на режиме огибания рельефа местности), а также применение оружия. Истребитель оснащен системой управления вооружением с когерентной импульсно-доплеровской помехоустойчивой РЛС переднего обзора (сектор обзора 240'), способной обнаруживать цели класса бомбардировщик на удалении до 400 км, сопровождать на проходе более 15 целей, одновременно наводить УР класса воздух — воздух на шесть целей, обеспечивать полет в автоматическом режиме огибания рельефа местности, а также бомбометание по визуально невидимой цели (в перспективе РЛС с ФАР), РЛС заднего обзора, способной наводить УР класса воздух — воздух (реализован принцип "обратного старта"); оптико-электронной прицельной системой, включающей телевизионный канал, теплопеленгатор и лазерный дальномер; усовершенствованной нашлемной системой индикации и целеуказания; системой единой индикации с четырьмя цветными экранными индикаторами на жидких кристаллах системой опознавания; аппаратурой приборного наведения по помехозащищенрой линии "Бирюза". Управление самолетом при помощи боковых тензометрических РУС и РУД. Система управления оружием производит пуск УР в автоматическом режиме с заданными интервалами. Комплексная система РЭБ включает ИК датчик предупреждения об атакующих ракетах противника, а также активные системы подавления, работающие в оптическом и радиолокационном диапазонах. Применена электродистанционная цифровая система управления с четырехкратным резервированием по продольному каналу управления и трехкратным — по поперечному. Катапультное кресло имеет угол наклона спинки 30'.

28 июня 1988 г. летчик-испытатель О.Г.Цой начал летные испытания первого опытного экземпляра Т-10М -1. Как и многие другие опытные машины, он был построен с использованием планера серийного Су-27. В 1995 г. Т-10М-1 передали в музей ВВС в подмосковном Монино. Серийное производство Су-27М было развернуто в Комсомольске-на-Амуре. Первый показ самолета потенциальным заказчикам и широкой публике состоялся в 1992 г. на выставке в Фарнборо, накануне которой ему присвоили наименование Су-35.