Szerkezeti eltérés a példányok között a függőleges vezérsík és a belső tüzelőanyag-rendszer kialakításában van. A Szu–27-esről ismert flattersúlyos vezérsíkkal a 701, 702, 705, 706 és 707-es gépek rendelkeznek, mivel ezeket szériában gyártott Szu–27-esekből alakították ki. A többi példány függőleges vezérsíkja teljesen új, nagyobb oldalviszonyú szerkezet. Erre azért volt szükség, mert az új gép nagyobb átmérőjű orrkúpot kapott (már a prototípusok is), ami a függőleges tengely körüli stabilitást rontotta. Azonban nem a Szu–27UB-k magasított vezérsíkját kezdték el alkalmazni a nullszéria példányoktól kezdve, hanem ezt az új konstrukciót, mivel a kisebb húrhosszú oldalkormányok kevesebb helyet foglaltak el a vezérsíkon, ami lehetővé tette, hogy oda is tüzelőanyag tartályokat építsenek. A másik ok pedig az, hogy a komszomolszki KNAAPO-ban csak az együléses Szu-27-esek és 33-asok készültek, a magasabb vezérsíkú UB gépeket az irkutszki IRKUT-nál készítik. (Később a KNAAPO-féle szintén kétüléses Szu-30MKK/MK-2-es gépek is ezt a Szu–35-öshöz készített új vezérsíkot kapták meg.)

   A gépet az az igény hívta életre, hogy a T–10Sz (Szu–27) gépek avionikája a sorozatgyártás kényszerű beindítása következtében nem felelt meg az orosz légierő igényeinek. Így a T–10M-eket a Szu–27-esek gyártásának beindításával egy időben kezdték fejleszteni. Eredetileg ugyanis a Szu-27-es kifejlesztésekor az volt a cél, hogy a PVO (a szovjet honi légvédelem) ekkor rendszeresített legújabb nagy hatótávolságú elfogó vadászrepülőgépén, a MiG-31-esen alkalmazott RP-31 Zaszlon rádiólokátor, illetve a hozzá kapcsolt tűzvezető rendszer és R-33-as rakéta a T-10Sz gépekhez is integrálval legyen. Ezt a célt a sárkányszerkezet, közelebbről az orr-szekció sajátosságai, továbbá a rendszer jókora tömege miatt képtelenek voltak megvalósítani, így a 27-esek lényegében a Front Légierő MiG-29-eseinek hasonló rendszerének egy módosított változatát kapták meg. A Szu-27-esek első P illetve Sz változataiból épp csak megérkeztek a legelső szériapéldányok, mikor nekikezdtek a T-10M (Szu-27M) programnak. Az 1983-ban induló Isztrebityel-90 (И-90) program főbb komponensei avionikai oldalon az RLSz-011 (N-011 Barsz) rádiólokátor (párhuzamosan fejlesztve az RLSz-012-vel), RLSzU/RLPK-27M tűzvezető rendszer, OLSz-27K kombinált lézeres távolságmérő és célmegjelölő/infravörös detektor, K-77 (R-77) légiharc-, illetve H-29 földi célok elleni rakétafegyverzet integrációja. A hajtómű az Al-31FM néven jelölt módosított Al-31F, ahol a gázhő emelésével 122 kN-ról 128 kN-ra emelték a fékpadi maximális tolóerőt, utánégetésen. Szárnyai azonosak a Szu–27-es gépekével, csupán az addigi 3–3 db fegyvertartó helyett 4–4 db van elhelyezve rajtuk, mivel akkor már ismert volt, hogy a gép sárkánya az addigi 6 t-s fegyverterhelésnél többet, 8 t-t is elbír (ehhez a 10 felfüggesztési pont azonban nem elegendő). Előttük, a törzs két oldalán a Szu–27 összes továbbfejlesztett változatához hasonlóan kacsaszárnyat helyeztek el. Ez az előtétszárny azonban nem azonos az elsősorban nyugat-európai repülőgépgyártók által preferált kacsaszárnnyal, mivel nem a gép kereszttengely körüli kormányzásához kell, azaz nem magassági kormányként funkcionál, hanem a megnövekedett orrnehézség statikailag stabilizáló hatását aerodinamikailag kompenzálja. Ezen felül nagy állásszögű repülésnél állásszöghatároló szerepe is van.

   A gép hajtóműve az AL–37FU jelű változat lett, amelynél a forszázskamra hátsó szekcióját a gázsebességfokozó redőnyökkel együtt ±15 fokra ki lehetett téríteni, de csak függőleges síkban. A gép így tolóerővektoros kormányvezérléssel „szupermanőverezhető” lett. Jevgenyij Frolovval a fedélzetén több bemutatót tartott Nyugaton,és sikert aratott a nagyközönség illetve a szakemberek között is.

   A gép repüléseinek egyetlen közvetlen haszna a megrendelt indiai Szu–30-asokon a tolóerővektoros kormányzás alkalmazását eredményezte. Érdekesség, hogy a T-10M-11-es eredeti rádiólokátorát, az N-011M Barsz-t kapta meg az indiai Szu-30MKI és a későbbi maláj Szu-30MKM, az algériai Szu-30MKA és a belőlük kifejlesztett Szu-30SzM is. Az indiai igény végül egy teljesen más megoldást, kifinomultabb szerkezeti kialakítást, szériagyártásban is jól funkcionáló, 3D-s vektorálásra is alkalmas rendszert eredményezett. Az eljárás lényege, hogy a két hajtómű fúvócsövét nem függőleges síkban, hanem kifelé/befelé 32 fokos szögben térítik ki, mégpedig felfelé/kifelé – lefelé/befelé. Ez a megoldás azonosan differenciált kitérítésnél a csűrőirányú erőhatás mellett legyező (oldalkormány) erőhatást is eredményez, de a kormányvezérlő rendszer a fúvócsöveket egymástól eltérő mértékben is ki tudja téríteni, tiszta oldalkormányzó erőhatást generálva. A rendszer másik előnye, hogy a fúvócső forgáspontja így a törzshátsórész és az annál lejjebb elhelyezkedő vízszintes vezérsíkok bekötési pontjait is tartalmazó törzselem közé került, szükségtelenné téve ezzel a No. 711-esen is 2000-ig látott törzskereteket. A No. 711-esen az oldalirányú erőhatást érdekes módon oldották meg. A kormányvezérlő rendszerbe beiktatták a hajtóművek tolóerejének vezérlését, így a gép képes volt manőverezés közben a két hajtómű tolóerejének eltérő változtatásával (tolóerő-aszimmetriával) az oldalkormány-pedálok használatakor, nagy állásszögeknél, legyezőirányú manőverezésre is. Ilyen jellegű tolóerő kormányzásra a NASA Dryden központja is kisérletet tett a kilencvenes években egy F-15A val és egy MD–11-es géppel.

   A No. 711-es 2000 nyarán átalakult, eltávolították a vektorálható AL–37FU hajtóműveket és az MNPK Avionika cég új kormányvezérlő rendszerének tesztgépe lett, AL–31F hajtóművekkel. A gép jelzése ismét Szu–35 lett. A differenciált tolóerő alapú manőverezés viszont megmaradt. A gép új főpilótája Jurij Vascsuk lett, aki a gép képességeit a MAKSZ 2001-en, illetve a 2001-es szöuli légibemutatón is demonstrálta. A repülőgép az összetett kormányzásnak köszönhetően egyedüliként volt képes a napjainkban „bumeráng” és „helikopter” megnevezésű manőverekre, illetve az intenzív állásszögű húzott forduló irányát oldalkormánnyal megváltoztató repülésre. A gép Szöulban a látott manőverek ellenére alulmaradt a bevált F–15E-vel szemben. A No. 711-es 2002 decemberében anyagfáradási hiba miatt egy nagy túlterhelésű fordulóban elveszítette jobb oldali vízszintes vezérsíkját és Zsukovszkij környékén lezuhant. Pilótája, Jurij Vascsuk sikeresen katapultált.

   Összesen 17 db Szu–35 épült. 5 db T–10M prototípus a széria Szu–27-esek bázisán, 2 db kísérleti példány a földi strukturális tesztekhez, 6 db nullszéria-példány, 3 db széria (az egyik 88-as számmal a MAKSZ 1999 kiállításon is látható volt) példány és 1 darab kétüléses Szu–35UB. A műrepülőcsoport a nyugat-európai bemutatókat kétféle festéssel is megjárt No. 703-as (T–10M–3), a No. 712-es (T–10M–12) nullszériapéldányokat, illetve a 3 db szériapéldányt kapta meg. Jelenleg két régi Szu–35-ös repülőképes, melyekkel 2013-ban még repültek Zsukovszkijban. Ezek a nullszériából származó No. 708-as a PAK-FA program avionikai, és a No-710-es, a Szu–35BM/Szu–35Sz, illetve a PAK-FA programhoz használt NPO Szaturn 117Sz/A/U/V hajtóműcsalád légi tesztjeinél hajtanak végre feladatokat.

   Ennek ellenére hozzáláttak az „utolsó Flanker” tervezéséhez. A koncepció lényege, hogy a Szu–27-esek szerkezeti tömegét nem, vagy minimálisan meghaladva egy 16–16,5 tonnás szerkezetű sárkányt hoznak létre, nagyobb statikus tolóerőt kifejteni képes, valós 3D vektorálható fúvócsövekkel szerelt hajtóművel. A gép sárkányát áttervezik, tovább csökkentve a keresztmetszetet. A függőleges vezérsíkokat a Szu–27KUB típusról veszik át, ez alacsonyabb az alaptípusénál, de oldalkormánya nagyobb felületű. A flaperonok réseltek, ezzel is növelve a felhajtóerőt kis sebességeknél. A gép típusjelzése kicsit fura, mert a 2003-ban végleg leállított Szu–35-ös jelölést vették elő. A döntés mögött az áll, hogy tiszta lappal újra nekifutnak a Szu-27-esek továbbfejlesztésének a kétezres évek technológiai megoldásaival.

   A gép nem rendelkezne előtétszárnnyal, mivel szupercirkáló sebesség esetén komoly légellenállást jelentene, illetve a leendő rádiólokátor szerkezeti tömege alacsonyabb, így nincs szükség az N011-es radarok orrnehéz hatását kiegyenlítő rendszerre. Orrkúpja a Szu-27-esekével azonos. Csökken a „fullánk” mérete, kialakítása a haditengerészeti Szu–33-asokéhoz hasonló, de hátrafelé néző radart szerelek bele. Szintén a Szu-27KUB számára kifejlesztett, összetett réselt fékszárnyrendszert is megkapta volna. A levegőbeömlő nyílások keresztmetszete növekszik az AL–41F1–A hajtóművek levegőigénye miatt. A kabintető teljesen új, laposabb. A kabinban 30 fokra hátradöntött katapultülés és korszerű pilótafülke található. A gép sárkányába integrálják az aktív zavarókonténert, amit a törővégi rakétaindító sínek helyére szerelnének, de fixen. A gép lokátora az új fejlesztésű AESA-rendszerű aktív fázisvezérelt N-035Irbisz radar.

   A gép építése a Komszomolszk repülőgépgyárában kezdődött 2005 elején. A projekt megvalósítását hátráltatt, hogysemmilyen megrendelés nem érkezett, így a terv a megvalósulás szakaszában jelentősen módosult, és az építés lelassult. A géppel az első felszállása 2008 elejéig nem történt meg. No. 901 számmal a 2007-es MAKSZ kiállításon a statikus soron mutatták be. A gép függőleges vezérsíkja azonos a Szu–27-es együléses példányaival, de az oldalkormány nagyobb. A gép keresztmetszete, a kabintető, a beömlőnyílások/szívócsatorna, a flaperon azonos a Szu–27-esével. A hajtóművek (117Sz gyártmányjelzés) fúvócsöve nem teljes körűen, csak 32 fokban döntött egysíkú, de együttesen 3D-s vektorlásra képes. A 117Sz jelzésű hajtómű repülési tesztjeit a No.710-es Szu-27M-en végezték, a gép 1,9 Machig gyorsított. Az új hajtómű a Szaljut megoldásával ellentétben nem rendelkezik Blisk technológiájú kisnyomású kompresszorfokozatokkal, de a belépő keresztmetszetet 905mm-ről 932mm-re növelték (a Szaljutnál 924mm az új érték) és a turbina előtti hőmérsékletet is megemelték új tüzelőtér alkalmazásával. Ennek eredményeként a levegőátfutás 118 kg/sec-re nőtt.Az elődtípushoz képest egy további állítható szögű terelőlapátsor került az első és a második kisnyomású kompresszorfokozat közé. A belépő keresztmetszetben elhelyezett szenzorok számát megnövelték, a hajtómű teljes körű digitális vezérlést/szabályzást kapott. Tolóereje fékpadon 8800 kg, 14 000 kg utánégetéssel és speciális üzemmódban 14 500 kg-ig növelhető. A fúvócső belső felületét világos színű oxidkerámia bevonattal látták el a jobb hőtűrés érdekében.

   A szárnyakon 4–4 fegyvertartó van, ebből a két belsőre a PTB–2000-res 2000 literes tüzelőanyag-póttartályok szerelhetőek. A szárnyvégi zavarókonténerek alkalmazása csak lehetőség. A szárnyvégi indítósínek megmaradtak.

   A pilótakabin rendkívül korszerű, két nagyméretű színes kijelzőn kívül több kisebb adatbeviteli panel is van. A katapultülést végül nem 30 fokra hátradöntve szerelték be, mert előnyös tulajdonságai mellett nagy hátránya a fokozott nyakcsigolya terhelés. A botkormány végül középen maradt. A hátranéző radart elhagyták, a fullánkon egy L alakú késantenna jelent meg, több kiegészítő elemmel együtt. A gép kabinja előtt elhelyezett OLSz-35 elektrooptikai érzékelő teljesen új, lényegesen modernebb berendezés. Elhagyták a nagyméretű törzsféklapot, a belső tüzelőanyag mennyisége 20%-kal nőtt. A gép levegőben is utántölthető. A három csatornás digitális kormányvezérlő rendszer a KSzU-35. A gép számára kifejlesztett Tyihomirov N-035 Irbisz-E rádiólokátor azonban nem aktív, hanem a passzív fázisvezérelt antennával rendelkezik. Emellett a szárnyak belépőéleibe beépítésre került egy L-sávban működő AESA rendszerű szenzor is, melynek célja az alacsony észlelhetőségű légi célok detektálása.

   A gép első repülése 2008. február 20-án volt, a második példány még ez évben bekapcsolódott a berepülési programba. A 904-es harmadik példány első felszállása közben a hajtóművek meghibásodtak, a gép a pályáról leszaladt, majd akadálynak ütközve kigyulladt és megsemmisült. Pilótája, az ekkor 58 éves Jevgenyij Frolov sikeresen katapultált.

   A gépből 2db repülőképes prototípus (901-es és 902-es Szu–35BM), egy földi tesztpéldány (903-as), három nullszéria példány kék 01-es és a piros 02,03,04-es Szu–35Sz és 8db szériapéldány (piros 05-12) készült el. 2013 februári megfigyelések szerint a 901-es prototípus, a 01-es és 04-es nullszéria és a 06-os és 08-as szériagépek Zsukovszkijban, míg a 902-es proto és a 05, 07, 09-12-es szériagépek Aktyubinszkban, a légierő fegyverzetintegrációs teszt repülőterén hajtanak végre repüléseket.

   A gép 2013 júniusában bemutatkozott a párizsi légi szalonon Le Bourget-ban, ahová a piros 07-es oldalszámú szériagéppel tartott bemutatót Szergej Bogdan. Itt elhangzott, hogy a szériagép, vagyis a Szu–35Sz a konstrukciós változtatások miatt 9 helyett már 10g-s túlterheléssel repülhető, de a gép károsodás nélkül képes elviselni a 14,5g-t is, amivel egyedülálló a 4. generációs gépek világában. Csak érdekesség, hogy a legendás svéd Viggen maximális pozitív túlterhelési limitje 12g volt, míg a nálunk is rendszerben levő Gripen hasonló értéke alapesetben 9g, de 12g-s maximális határterheléssel.

   A közzétett hivatalos adatok szerint a Szu–35Sz üres tömege 18400 kg, azaz elmondható, hogy a szerkezeti tömege két tonnával több, mint az alap Szu-27Sz, -P vagy az SzM, SzM3 gépeké. Ez a tömegnövekedés a megerősített sárkányszerkezet, az összetettebb avionika, a nagyobb tömegű rádiólokátor, az extra tömeget jelentő vektorálható fúvócsőrendszer, illetve a megerősített futóművek miatt adódik. Ennek ellenére a lényegesen gyorsabban reagáló, holtjáték nélküli kormányvezérlő rendszer, a nagyobb tolóerő/tömeg arány, a kifinomult tolóerővektoráló rendszer együttesen sokkal könnyebben vezethető gépet eredményezett. Az Orosz Légierő tesztprogramban szereplő állománya szerint az új gép a jóval kisebb és könnyebb MiG-29-esnél is intenzívebben és pontosabban reagál a kormánymozdulatokra. 2013 nyár elejére a Szu–35Sz gépekkel a fegyverfelfüggesztési konfigurációs tesztek már lezajlottak, ám az integrációs lövészeteket még nem kezdték el. 2021. július 31-én egy Szu–35Sz típusú gép gyakorló repülés közben hajtóműhiba miatt az Ohotszki-tengerbe zuhant. A pilóta sikeresen katapultált.