Сокращение парка самолётов истребительной авиации и повышение требований к ним, большая протяжённость воздушных границ и небольшое число имеющихся на севере России аэродромов, а также нехватка воздушных командных пунктов и самолётов дальнего радиолокационного обнаружения заставили конструкторов ОКБ Сухого заняться проектированием нового специализированного перехватчика на базе учебно-боевого самолёта Су-27УБ.

Опыт эксплуатации одноместных машин показал, что в современном воздушном бою слишком высоки нагрузки на лётчика, вызванные необходимостью маневрирования и одновременного управления комплексом вооружения. Эта проблема была в полной мере применима и к Су-27, который, к тому же, обладая внушительными запасами топлива и, соответственно, большой продолжительностью полёта, был способен изрядно «измотать» пилота ещё до момента выполнения боевого задания.

Кроме того, современные возможности бортовых электронных комплексов столь обширны, что одному лётчику в маневренном бою физически трудно реализовать их в полной мере. Для его разгрузки требовался второй член экипажа, кабина которого имела бы дублирующие рычаги управления. Присутствие второго пилота давало возможность экипажу при длительном нахождении в воздухе действовать более рационально и эффективно. Первый лётчик мог управлять самолётом и вооружением и вести ближний бой, а второй — решать задачи дальнего боя и вести наблюдение за воздушной обстановкой, а также руководить групповыми боевыми действиями (т.е. выполнять функции воздушного командного пункта). Для этого вторую кабину требовалось оснастить индикатором тактической обстановки и другими приборами. Наличие второго члена экипажа (летчика-оператора) должно было способствовать улучшению боевых возможностей машины и психологических факторов, влияющих на экипаж в длительном полете. При этом весьма насущной становилась необходимость установления на истребителе системы дозаправки топливом в воздухе.

Работы по созданию двухместной боевой машины, обладающей этими возможностями, начались в ОКБ Сухого в середине 80-х годов. Руководителем темы был назначен И. В. Емельянов, ныне Главный конструктор ОКБ. Базовой машиной для разработки нового проекта стал Су-27УБ, имевший двухместную кабину экипажа, большой внутренний запас топлива и десять точек подвески вооружения. Непосредственным прототипом для разработки нового варианта истребителя-перехватчика послужил опытный самолет-лаборатория Т-10У-2, оснащенный системой дозаправки топливом в воздухе. Дальние перелеты, осуществленные на этой машине в 1987-1988 годах, убедили конструкторов в возможности улучшения боевых качеств серийного перехватчика Су-27П. Для отработки новой концепции летом-осенью 1988 года на ИАПО, выпускавшем серийные Су-27УБ, силами сотрудников Иркутского филиала ОКБ Сухого (под руководством В. Макрицкого) и местных специалистов были доработаны два учебно-боевых самолета иркутской постройки, получившие в ОКБ шифры Т-10ПУ-5 и Т-10ПУ-6, а на заводе — изделие «10-4ПУ». Машины оснастили системой дозаправки в воздухе, новой системой навигации, модернизированными системами дистанционного управления (СДУ) и управления вооружением (СУВ). Оба самолета были окрашены в стандартный голубой цвет, причем первая из них имела синий бортовой номер «05», а вторая — синий «06».

Для выполнения ряда производственных операций по постройке новой модификации истребителя-перехватчика требовалось спроектировать и изготовить специальный инструмент. Не менее трудным было размещение новых видов систем и оборудования в прежней «оболочке» серийного планера. С этой задачей коллектив иркутских авиастроителей справился за полгода.

Уже осенью 1988 года на ИАПО приступили к испытаниям первого из этих образцов. Прототипы новых машин облетывали летчики-испытатели ИАПО – Г. Е. Буланов, В. Б. Максименков, С. В. Макаров и Н. Н. Иванов. Дальнейшие работы проводились в ЛИИ им М. М. Громова. По аэродинамической компоновке новый перехватчик практически ничем не отличался от своего предшественника Су-27УБ, благодаря чему он унаследовал практически все его летно-тактические характеристики и высокую надежность в эксплуатации. По результатам летных испытаний модернизированных машин было принято правительственное решение о развертывании их серийного производства на ИАПО под обозначением Су-30.

Подготовка серийного производства поставила ряд серьезных проблем перед специалистами объединения. Работы возглавили заместитель главного инженера по конструкции Ю. П. Фаберовский, главный технолог А. А. Образцов и начальник серийно-конструкторского отдела (СКО) В А Гудков. Непосредственное общее руководство осуществлял главный инженер (будущий генеральный директор и президент ИАПО) А. И. Федоров. Вылет первого серийного экземпляра Су-30 (серийный №01-01) состоялся 14 апреля 1992 года (летчики-испытатели Г. Е. Буланов и В. М. Максименков). Большой вклад в испытания нового изделия внесли военный летчик-испытатель 1-го класса полковник В. Подгорный (впоследствии удостоенный звания «Заслуженный летчик-испытатель Российской Федерации») и летчики Л. Г. Смелый и А. В. Матушин.

Ценой больших усилий инженерных служб ИАПО, в особенности технологов агрегатно-сборочных и монтажно-испытательных цехов, а также конструкторов СКО был создан уникальный самолет. В отличие от одноместных Су-27П серийный Су-30 предназначался для:

— завоевания господства в воздухе,

— дальнего патрулирования и сопровождения самолетов стратегической авиации,

— радиолокационного дозора, наведения и управления,

— обучения летного состава.

Су-30 мог решать все учебные и боевые задачи Су-27УБ и при этом был наделен дополнительными возможностями по:

— выполнению боевых действий, связанных с очень большими дальностью и продолжительностью полета,

— более эффективному управлению группой истребителей

Расширение диапазона способностей на Су-30 обеспечивалось установкой следующих новых систем

— системы дозаправки топливом в полете,

— радиосистемы дальней навигации

— расширенного состава аппаратуры управления групповыми действиями,

— усовершенствованной системы жизнеобеспечения.

Су-30 в полной мере сохранил пилотажные качества своих предшественников — одноместного боевого и двухместного учебно-боевого истребителей (он также способен выполнять динамическое торможение — «кобру Пугачева»), а за счет установки новых видов ракет и системы управления вооружением значительно увеличил боевую эффективность. Внутренний запас топлива (9400 кг) обеспечил дальность полета в 3600 км, а при дозаправке топливом в воздухе продолжительность полета на «тридцатке» зависела только от физиологических возможностей экипажа (после консультаций с учеными-медиками время пребывания самолета в воздухе ограничили 10 часами). Для обеспечения пилотам комфортных условий на перехватчике установили некоторые дополнительные устройства сервиса.

Однако в связи с экономическими трудностями и распадом СССР серийное производство Су-30 велось очень медленно. Самолеты выпускались в небольшом количестве и поступали в части авиации ПВО России.

Первые две серийные машины после завершения испытаний были переданы пилотажной группе А. Н. Квочура в ЛИИ (расплатилась за них страховая компания «Юпитер»). Самолёты с белыми бортовыми номерами «596» и «597» были окрашены в красно-сине-белые цвета и неоднократно демонстрировались во время различных авиашоу.

Первое большое публичное выступление участников группы, и, в частности, Анатолия Квочура, состоялось в 1992 году в процессе проведения первой авиационной выставки в Жуковском. Кроме показа одиночного и парного высшего пилотажа была продемонстрирована имитация одновременной дозаправки топливом в полете трёх самолётов (двух — из группы и опытного Су-27ИБ) от прототипа летающего танкера Ил-78М. С тех пор Анатолий Квочур и пилоты группы стали постоянными участниками различных авиашоу в России и за рубежом. Открывали они своими выступлениями и показательные полёты на авиасалоне МАКС-97 в Жуковском (самолёты Су-30, борт «597» и Су-27ПД, борт «598»). На МАКС-97 демонстрировалась имитация дозаправки Су-30 с бортовым номером «597» от Су-24М с подвешенным агрегатом заправки УПАЗ.

Ещё несколько серийных машин получил 148-й Центр боевого применения и переучивания лётного состава ЦБП и ПЛС авиации войск ПВО в Саваслейке. Среди этих самолётов были экземпляры с синими бортовыми номерами «50», «52», «53» и «54», а также с голубым бортовым номером «51». Машины были выпущены ИАПО в 1994-1996 годах. Два из названных самолётов (с бортовыми номерами «52» и «54») участвовали в международном авиашоу RIAT’97.16 июля 1997 года с промежуточного аэродрома Чкаловск Калининградской области они вылетели в Великобританию в сопровождении транспортного Ил-76. Спустя три часа группа совершила посадку в Фэйрфорде. Российские военные лётчики уверенно продемонстрировали возможности самолёта Су-30. Машины вызвали большой интерес как в ходе наземного показа, так и при выполнении полётов экипажем в составе полковника Евгения Тихомирова и подполковника Михаила Романова.

В июле 1998 года 12 пилотов 148-го ЦБП и ПЛС в составе шести экипажей (на двух истребителях-перехватчиках МиГ-31Б и четырёх серийных Су-30) под руководством заслуженного военного лётчика России, заместителя начальника Центра полковника Мартина Карапетяна участвовали в специальном совместном полёте с целью исследовать возможность боевого применения самолётов МиГ-31Б и Су-30 при полёте на максимальную продолжительность (около 10 часов) с дозаправкой топливом в воздухе, выполнением боевых стрельб на полигоне Ашулук (на юге России) и имитацией перехвата самолётов «условного противника» на севере России. Кроме перехватчиков в перелёте участвовали один самолёт дальнего радиолокационного обнаружения А-50 и два самолёта-заправщика Ил-78. А-50 патрулировали в специально отведённой зоне, следили за воздушной обстановкой на большом пространстве и сводили все истребители в единую группу. Пара МиГ-31Б, взлетевшая с аэродрома в Правдинске (севернее Нижнего Новгорода), шла в передовом эшелоне, обнаруживая своими уникальными локаторами цели на расстоянии до 200 км и передавая информацию о них пилотам самолётов Су-30. Скоростные и высокоманевренные Су-30, следуя в 60 км за МиГ-31Б, были готовы немедленно атаковать противника. Маршрут полёта протяжённостью 8500 км был проложен по европейской части России. В течение 10 часов экипажи выполнили три дозаправки топливом. Информационная поддержка исследовательского полёта осуществлялась с борта А-50. Поставленные перед экипажами задачи отрабатывались в разных боевых порядках.

Летом 1999 года в ходе совместных командно-штабных учений истребительной и дальней авиации ВВС России летчики 148-го ЦБП и ПЛС сопровождали стратегические бомбардировщики Ту-95МС и Ту-160 в дальнем полете на север, к острову Новая Земля. В ходе похожих научно-исследовательских учений, состоявшихся несколько ранее, в начале апреля 1999 года, экипажи перехватчиков Су-30 и МиГ-31Б провели в воздухе 8 часов, выполнив в полёте 12 дозаправок.

На базе истребителя-перехватчика Су-30 был разработан экспортный вариант, получивший обозначение Су-30К (коммерческий). От самолетов, предназначенных для использования в авиации ПВО России, машина незначительно отличалась составом оборудования. Самолёты этого типа впоследствии стали поставляться Индии.

Партию аналогичных истребителей пожелала закупить и Индонезия. После того, как план закупок F-16 ей не удался, ВВС Индонезии выразили намерение закупить у России до 20 самолетов Су-30К. Как считали высокопоставленные индонезийские военные, машины этого типа были наиболее экономичны, эффективны и обладали наибольшим боевым радиусом из четырёх рассмотренных типов истребителей. На первом этапе планировалось купить 12 самолётов. Переговоры по этому вопросу, однако, не были завершены. В процессе переговоров индонезийская сторона высказалась о возможности приобретения одноместного варианта Су-30, который (как уже упоминалось выше) был построен на КнААПО (Су-30КИ); переговоры в настоящее время продолжаются.

Основным потребителем Су-30 должна была стать авиация Войск ПВО, где в полной мере могла бы реализоваться концепция самолета дальнего перехвата и патрулирования. Но в начале 90-х годов на вооружение российских ВВС стало поступать высокоточное ракетное оружие классов «воздух-поверхность» и «воздух-корабль». Все ведущие авиационные ОКБ России включились в разработку носителей этого оружия. Аналогичные работы велись и в ОКБ Сухого.

Основные отличия от самолета Су-27УБ:

— установлена система дозаправки топливом в полете с выпускаемой штангой в предкабинном отсеке слева;

— установлена специальная аппаратура связи и наведения, на приборной доске задней кабины смонтирован широкоформатный телевизионный индикатор тактической обстановки.

Силовая установка самолета состоит из двух двухконтурных турбореактивных двигателей с форсажными камерами АЛ-31Ф, воздухозаборников с регулируемыми панелями, створками подпитки, воздушными каналами, системой управления АРВ-40А и системой защиты двигателей от попадания посторонних предметов, систем охлаждения, дренажа и суфлирования двигателей, выносных коробок агрегатов с газотурбинными стартерами — энергоузлами ГТДЭ-117-1, топливной системы системы пожаротушения и  системы контроля двигателей.

Вооружение самолета подразделяется на стрелково-пушечное и ракетное. Стрелково-пушечное вооружение представлено встроенной автоматической скорострельной одноствольной пушкой калибра 30 мм типа ГШ-301, установленной в наплыве правой половины крыла, с боекомплектом 150 патронов. Ракетное вооружение размещается на авиационных пусковых устройствах (АПУ) и авиационных катапультных устройствах (АКУ), подвешиваемых на 10 точках: 4 — под консолями крыла, 2 — под законцовками крыла, 2 — под гондолами двигателей и 2 — под центропланом между мотогондолами (по схеме «тандем»).

На самолете может быть подвешено до 6 управляемых ракет «воздух-воздух» средней дальности типа Р-27 с полуактивными радиолокационными (Р-27Р) или тепловыми (Р-27Т) головками самонаведения, а также их модификации с увеличенной дальностью полета (Р-27ЭР, Р-27ЭТ). На четырех подкрыльевых узлах могут быть подвешены управляемые ракеты ближнего маневренного боя с тепловыми головками самонаведения типа Р-73.