Самолёт был разработан как замена фронтовому бомбардировщику Су-24, который успешно применялся в последних вооружённых конфликтах.
Разработка самолёта началась 19 июня 1986 года под кодовым названием Т-10В (Су-27ИБ «истребитель-бомбардировщик»). Основой для разработки послужила база проекта успешного истребителя Су-27, при этом была увеличена бомбовая нагрузка и запас топлива. Разработка велась в условиях присутствия у потенциального противника большого количества современных истребителей четвёртого поколения, таких как F-15 и F-16, что требовало от нового самолёта способности вести оборонительный воздушный бой с равными возможностями для истребителей 4 поколения. Аэродинамическая схема «продольный триплан» была применена для увеличения манёвренности летательного аппарата по сравнению с обычной схемой.
Первый полёт прототипа Су-34, обозначенного как Т-10В-1, состоялся 13 апреля 1990 года. В 1993 году в воздух поднялся самолёт, построенный на серийном заводе — Новосибирском АПО имени Чкалова. Первый публичный показ самолёта под обозначением Су-32ФН произошёл весной 1995 года на авиасалоне в Ле Бурже, Франция. Затем были созданы опытные самолёты, предсерийные модели и, наконец, серийные самолёты, первый из которых был принят на вооружение ВВС России 20 марта 2014 года.
Государственная программа испытаний проходила с 30 октября 2006 года по 19 сентября 2011 года на различных этапах, параллельно с производством самолёта.
13 апреля 1990 года состоялся первый полёт истребителя-бомбардировщика Су-34.
Прототип Су-34 – Т-10В-1 – поднял в воздух лётчик-испытатель Анатолий Иванов.
Машина стала результатом модернизации широко известного истребителя Су-27. Новый истребитель-бомбардировщик предназначен в первую очередь для уничтожения наземных и надводных целей, в том числе малоразмерных и подвижных, в любых погодных и климатических условиях, независимо от времени суток.
Су-34 способен применять всю номенклатуру высокоточного вооружения класса воздух-поверхность.
Кабина Су-34 спроектирована таким образом, чтобы поддерживать максимальную работоспособность лётчиков в длительных (до 10 часов) полётах: её размеры позволяют членам экипажа вставать в полный рост, чтобы размять затекшие мышцы. Кроме того, она оборудована туалетом и даже шкафом для подогрева пищи.