苏联时代，以战斗机著名的苏霍伊伊设计局曾将触角伸向轰炸机领域，包括3倍音速的T-4、T-4MS战略轰炸机，以及T-60中型轰炸机。这些设计都相当新颖，例如T-4MS几乎是采用飞翼设计，符合后来的隐身潮流。而根据想象图，T-60也采用了隐身设计。后来因为种种因素，例如急需苏霍伊伊设计局发展足与F-15对抗的T-10战机（苏-27），使得这些大战机都没有继续发展，但相关技术与概念被沿用到苏-27家族，例如T-4轰炸机的电传飞控技术、T-4MS的升力机身概念等。T-60轰炸机的发展相对完整，计划终止后，其航电设备被辗转用在苏-27上，“借苏-27的身还魂”，这就是如今正积极生产中的苏-34前线轰炸机。
苏-34的发展正式启始于1986年，甚至更早可追溯到1977年，基本纯攻陆型到1994年发展完成，唯俄政府当年经济拮据而没量产，1995年开始发展多用途版至今。整个计划跨越窘困的90年代，在多用途型苏-27都还没获得俄空军青睐、而只能靠外销订单延续发展的情况下，苏-34却能加入国家级试验并接获初始的订单（虽然只有10架），而到2012年接获的订单总数124架甚至超过准五代战机苏-35S的48架，由此便可窥见俄军对苏-34的重视程度。
1977―1980：T-10Sh
苏-34的发展最早可追溯到1977年4月，苏联国防部要求各设计局开发“90年代的攻击机”。苏霍伊设计局选定研发中的苏-27为基础进行改良，计划名称是T-10Sh（苏-27Sh）。不过，当时苏联军方并没有给出明确的技术需求。直到1979年，苏联航空工业部才更积极的要求在苏-27基础上开发攻击型战机，以平衡美国F-15的攻击强化型。
T-10Sh计划初期最有趣的设计，就是采用机腹保形油箱以及衍生出的武器舱。当时，苏霍伊设计局参考美国F-15C/D保形油箱的点子，为苏-27设计位于机腹中线的保形油箱。据估计，采用该油箱后亚音速阻力几乎不受影响，超音速阻力系数则略增0.007，但可显著增加载油量，并且可以改设计成内弹舱。1980年1月，苏霍伊设计局总设计师E・伊万诺夫决定不在基本型T-10S上采用保形油箱，但要求在保形油箱的基础上发展弹舱、侦察吊舱、干扰系统等。他随后提出在T-10S的基础上发展T-10Sh，该机将采用保形油箱、武器舱等。因此，1980年1月15日被视为T-10Sh计划的正式起始日。
1980年5月至秋天，苏霍伊设计局与各研究院进行多次论证会议，讨论T-10Sh的技术规格、运用方式等。其中，备受关切的是火控系统的选用，包括苏-17M4、米格-27K、苏-24M、苏-25T已有的火控系统，在苏-27基本型火控系统添加攻击能力，乃至研发中的T-10M的火控系统等。
1980年秋，出现了较完整的T-10Sh技术规格。其采用机腹保形油箱，可容纳8500升燃油且可以半埋方式挂载3枚R-27E空空导弹，并可额外挂载4吨武器。这种设计下，该机总燃油可达17000千克，转场航程估计为5400千米，而在武装状态下低空航程与高空航程分别估计为1500千米与3500千米。保形油箱也可改为适形武器舱，可携带8枚500千克炸弹，如FAB-500。其原则上由苏-27UB双座机改来，但也论证单座型的可能性。此外，T-10Sh的最大起飞重量预计为35600千克（当时T-10S只有28000千克），因此已开始注意到起落架强化。此阶段也引入许多强化生存性的设计，如备份的发动机供油系统、备份油箱等，并要求使用T-10M的SUVS-27M火控系统等先进设备，以及使用各式对地攻击制导弹药的能力。据1980年9―12月之间的分析，T-10Sh与F-15C/D大致相当，前者起飞重量与航程略大，但速度与加速性则较差。
1980年9月18日，苏联航空工业部长致信苏霍伊设计局，要求加速T-10Sh的研发，以追上美国“攻击鹰”的研发进度。部长要求在1980年12月提交设计细节，1983年1月首飞，并于1985年完成国家级试验。设计局准时在12月完成工作，但不知何故，航空工业部再也没有任何相关的要求与后续命令，整个计划就这样无疾而终。更令人纳闷的是，当时航空工业部副部长正是苏霍伊设计局前总设计师M・西蒙诺夫。
1983―1986：苏-27IB与T-10B
1983年1月11日，苏联空军总司令库塔霍夫致函航空工业部等单位，要求在苏-27的基础上研发战斗轰炸型苏-27IB以及侦察型苏-27R，信中并强调美国已加紧F-15的改良工作。他要求在1983年第1季与第2季分别提交苏-27IB与苏-27R的技术规格给军方审查。1月15日，航空工业部转达消息给苏霍伊设计局，就此开始了苏-27IB的研发工作。
1983年3月，苏-27IB的基本设计出炉。这是一种在苏-27UB的基础上修改而来的攻击型战机，其空重达到20吨，载弹量由4吨提升至8吨，起落架与结构都必须加强，甚至连交流、直流发电机都采用更大功率的版本。在航电设备上，预计沿用苏-27M的S-27M火控系统的前视与后视雷达，并且以外挂吊舱的型式配备激光/电视导航系统、前视热成像仪、电视指挥系统等。而在增程设计上已不考虑保形油箱，而是采用至多3具容量3000升的PTB-3000副油箱。最初，苏霍伊伊设计局参考F-15采用保形油箱的方案为苏-27设计保形油箱。曾经有安装于机背与机腹中线的版本，但很快注意力便集中在机腹版本，因为便于飞行中抛弃，而且也可以顺便发展成弹舱。不过，有别于F-15的机身几乎只是“升力的累赘”，苏-27的机身与机翼是一个整体的升力系统，因此风洞实验结果发现，保形油箱会破坏原来设计好的压力分布，导致增程幅度不像F-15的保形油箱那么大。研究人员本来还想继续优化，但总设计师西蒙诺夫并不支持，主要是他认为苏-27的航程已经够大，机腹保形油箱的发展就此终止。 苏-27IB的设计文件与多用途型苏-27M几乎同时完成，并于3月交给苏联空军审查。其中，苏-27M的审查过程相当顺利，而苏-27IB却未过审，一部分原因是苏联空军当时对于新一代攻击型战机还没有很明确的概念与要求。因此，1983年3月至1984年，苏霍伊设计局还提供给空军几种攻击型苏-27的设计方案，包括加强攻击能力的苏-27UB，以及配备AL-41F发动机的第二阶段苏-27K（苏-27KM）。1984年11月15日，苏联航空工业部与空军等单位做出裁决，确定未来攻击机是苏-27IB方案，并要求在1985年完成设计，1987年开始国家级试验。 T-10V-1进行满挂武器试验
新的设计在1986年上半年完成，设计局代号T-10B。其仍就是以苏-27UB的机体为基础，但与之前提的设计不同的是，T-10B的火控系统主要由苏-25TM的火控系统修改而来，以光电瞄准系统为主。
1986年：T-10V
苏联航空系统研究院（NIIAS）认为，T-10B以光电为主的瞄准系统的全天候能力不好，因此还是建议要采用雷达。这项建议让设计局又开始了几乎全新的设计，并产生了现在苏-34的雏形：T-10V。
为了减少进度的拖延，苏霍伊设计局决定在苏-27IB上采用正在为T-60中型轰炸机研发的雷达系统，也就是由Leninets研制的B-004雷达。这种雷达体型巨大，而且适应T-60的扁平机首设计，因此相当宽。为此，苏-27IB必须采用类似苏-24的并列双座设计。这时，总设计师西蒙诺夫提出更前瞻性的方案，他认为应该干脆大幅提升飞行员的舒适性，因此提出加大座舱，让飞行员从鼻轮上的梯子登机，座椅中间可供人行走，并允许飞行员完全站立，两座之间有30厘米间隔，后方最大高度达2米。至此，现有苏-34座舱的雏形已经形成。除了前机身外，剩下的部分大致与苏-27M相同。新的设计在1986年6月完成，设计局代号T-10V。
1986年10月15日，苏联航空工业部正式下达苏-27IB的研制命令。在这份命令文件中同时指出，1983年开始的苏-24BM改良计划终止，将由更新锐的苏-27IB取代。苏霍伊设计团队在1986年12月已完成T-10V的基本设计，但苏联空军直到1987年1月才将完整的战术技术需求提供给设计局，而且战术技术需求还分两份：一份关于对空作战需求，另一份则关于对地攻击。在收到军方的战术技术需求后，总设计师西蒙诺夫终于在1987年2月24日核准了T-10V设计团队的设计。
1987年3月，T-10V的工程设计细节出炉。其中包括在进气道之间的空间设置额外的设备舱、采用不可调进气道、进气道完全笔直以腾出更多空间来挂炸弹（苏-27的进气口的方向其实有点向主轴靠，是为了提升气动效率之故）、采用来自苏-24BM的纵列双轮主起落架、无线电系统与雷达等尽可能与研发中的“产品54”（即T-60轰炸机）相通，传动系统等机械设计则尽可能与苏-27M相通，并且根据苏-25在阿富汗战争的经验引入相关的防护设计等。在这一阶段的座舱设计中，架驶员的座位较高，而武器员的控制面板也较低，以确保飞行员的视野。
1987年6月完成空间优化设计，藉由取消进气道间预计采用的额外设备舱等措施来减少T-10V的横截面积与表面积，修改过后的燃油储量由本来预计的13500千克降为12500千克。1987年夏季末完成全新（空间优化后的）的设计图，这时座舱配置改为两个成员座位在同一水平面，修改登机口位置、修改光学瞄准系统位置等。在航电设计上，已经决定引入电传刹车系统、进气道内的发动机异物防护系统、以及为瞄准与导航系统引入多频道信息交换界面等。
1987年年底，苏霍伊设计局已经将完整的设计文件交给各研究院与军方审核，1988年5月进行设计答辩。当时，苏联军方主要的反面意见集中在并列双座的设计上，甚至有军方研究院（GNII-8）认为这根本是不正确的座舱设计。后来经过协商，确认了并列双座在减重等方面的优点，特别是航空与太空医学研究院（NIIAKM）认可并列双座的舒适性的重要性，使军方最终同意T-10V的设计。8月17日，总设计师西蒙诺夫核准设计文件，并于9月13日获苏联空军总司令埃菲莫夫签字认可。
阿富汗战争的影响
前面提到，苏联空军直到1987年1月才将对苏-27IB的完整战术技术需求交给设计局。在这之前，苏联空军正在阿富汗战争中累积经验，逐渐形成新一代攻击型战机的概念。
1979年12月25日，苏联进军阿富汗，次日即出现战损，其中一部分原因是美国想让阿富汗成为“苏联的越南”而提供援助。不久，苏联陆军找来空军的苏-17战斗轰炸机提供支援，随即发现许多不足：苏-17是针对欧洲战场设计，在阿富汗山区往往来不及减速，而且其瞄准系统在找寻小目标时几乎没有效用。此外，该机没有装甲防护，因此运用初期便损失35架。之后还派过苏-24战斗轰炸机甚致远程航空兵的图-22M等，但问题类似：这些针对欧洲战场设计的超音速轰炸机可以发现工厂、桥梁等大目标，但几乎难以发现三五成群的武装人员，此外也一样没有装甲。
为此，苏联国防部长致电空军总司令，要求派出仍在测试中的苏-25攻击机。当时测试中的仅有3架，1架在制造中，因此当时空军最多只能派出4架。就这样，试验中的苏-25于1980年春派往阿富汗进行实战测试，作战效果相当好，其在载弹量相当于苏-17的情况下起飞滑跑距离由3.5千米降为1.3千米，而且低速飞行性能好，适合在山区离地几百米高处盘旋，有效搜寻敌人。后来，美国军援阿富汗“刺针”便携式防空导弹后，苏军在短时间内损失8架苏-25。为此，总设计师大幅强化苏-25的防护性，其装甲占空重的10%以上，防护性提升数倍，因而被誉为“飞行坦克”。据统计，在整个阿富汗战争期间，苏-25执行60000架次攻击任务，只损失23～34架。 苏-27IB首架原型机T-10V-1 T-10V-1在“第比利斯”号航母上降落
经过这样长时间的战争经验，苏军逐渐形成用于取代苏-17、苏-24的下一代战斗轰炸机的概念：要有很好的飞行性能、够大的载弹量，并强调生存性。
1990―1994：攻陆型苏-34
采并列座舱的前机身（包括前翼、鼻轮）由新西伯利亚的航空产品联合体（NAPO）承制，于1987年出厂，设有装甲与空中受油管。1990年，苏霍伊实验工厂将1架量产型苏-27UB更换上述前机身，成为苏-27IB首架原型机――T-10V-1，编号42。这架战机除了前机身与中段机身不同、取消腹鳍、采用苏-35的四挂点机翼蒙皮外，都与苏-27UB相同。42号机于1990年4月13日首飞，驾驶员是安纳托里・伊万诺夫。
苏-27IB曾一度被误认为是海军舰载教练机――1990年夏，苏联总统戈尔巴乔夫到北方舰队参观“第比利斯”号航母（即现在的“库兹涅佐夫”号）、苏-27K、米格-29K、苏-25UTG等新装备。苏霍伊设计局为了向领袖展示这架新的战斗轰炸机，于是让T-10V-1降落于航母上展示（稍早时就已做此决定，因此先前苏-27IB就先到“银针”系统上试验舰上操作）。随行的塔斯社记者拍下第一张公开的苏-27IB照片，因为是在航舰上降落的照片，故被公布以“海军战斗教练机苏-27KU”之响亮名号，其实只不过是一场误会罢了。在苏-27IB并列双座布局确立后，一开始的确是希望也用于苏-27KU，但争议持续很多年。这次航母降落除了是向领袖展示新型战轰机外，一部分也是要验证并列双座在航舰起降的可行性。 苏-34的首架预量产机T-10V-2
1992年2月13日，独联体（CIS）国家首脑在白俄罗斯首都明斯克附近的空军基地举办一场探讨未来航空武器的会议，同时还有一场对内军备展示会。几大设计局在此力图争取各自新型战机的经费。会后，苏-35、苏-33、米格-31M各获得建造10架原型机的经费，第五代重型战机MFI（也就是米格1.42）与苏-27IB各获得建造2架原型机之经费，并取消如雅克-141超音速垂直起降战机、苏-37（不是苏-27家族的那架苏-37）单发战斗机等较不要紧的计划。在这场会议中，苏-27IB与许多攻击武器一同展出，并让与会记者拍了大量详细照片。至此，外界才知道苏-27IB是“战斗轰炸机”。
1993年，NAPO开始生产预量产机。首架为T-10V-2，编号43，于1993年12月18日由伊格尔・沃丁切夫与叶夫根尼・列夫诺夫首飞，飞行过程后来公布于电视新闻。1994年3月3日，叶夫根尼・列夫诺夫与伊格尔・索罗夫由夫驾驶43号机从新西伯利亚直飞格洛莫夫试飞院进行后续试验。苏-34的首架量产机（T-10V-5）于1994年完成，12月28日由叶夫根尼・路达卡斯及叶夫根尼・列夫诺夫首飞。专职攻击型苏-34的发展至此告一段落，这种原本应该可以服役的战机因俄国经济因素而未能如期服役。
T-10V-5其实只是“预定量产机”。本来1994年预计要完成最后一架预量产机以及第一架量产机，因经费不足，所以集中力量先造量产机。因为经费的问题，雷达系统直到11月4日才收到，而光电瞄准器的厂家在没收到钱的情况拒绝交货。后来为了确保T-10V-5首飞，甚至临时沿用苏-24的一些设备来用。因此，T-10V-5虽然称为量产机，但充其量只是比照量产方式由生产线造出来，实际上离真正的量产还很遥远。 首架苏-34量产机（T-10V-5） 巴黎航展上的苏-32FN
1995年：多用途化
1995年4月，首架苏-34量产机（T-10V-5）漆上迷彩并获编号“45”，6月初送往格洛莫夫试飞院，准备参加巴黎航展。同年6月，这只“鸭嘴兽”改称苏-32FN并将编号改为349参加巴黎航展。字尾的“FN”是英文的“海军战斗机”之意，有明显的外销意图。事实上，这正是苏霍伊设计局为了争取外汇而推出的新型号，就像苏-30MK一样，在刚推出该型号时都还没有成品存在。这架战机减少些许对地攻击色彩，增加对海攻击、反潜作战以及侦察能力。
在1995年的巴黎航展上，T-10V-5与苏-27M一起参展。回程时飞行员发现液压系统故障，于是要求降落在德国Prag民航机场，当时刹车系统完全失效，战机直到跑道尽头才停止，主轮严重损毁甚至起火。2天后，战机修好并于隔日返国。事后事故调查委员会提出一系列改良措施，包括改善液压与x车系统的可靠性等。T-10V-5在参加当年的莫斯科航展（MAKS1995）后就回到NAPO实施上述改良，并于1996年4月27日抵达圣彼得堡近郊的Pushkin机场，进行雷达系统的试验，整个工作直到1998年10月才完成。2000年10月31日，T-10V-5终于完成第一次作战测试：在黑海试射Kh-31A反舰导弹。T-10V-5可说是行程满档，除了要进行各种试验外，还忙着参与各大国际航空展览。直到2002年3月5日，该机在演习中带着KAB-1500重型炸弹做过高速度的桶滚，损伤了机翼挂点，之后就没有再飞。 除了T-10V-5，苏霍伊设计局相继于1996、1997、2000、2003年推出4架全新建造的苏-32FN原型机（皆于年底首飞，这是NAPO的传统），依次是T-10V-4、6、7、8。其中，头一架编号44，参加了多次巴黎航展与莫斯科航展，随后又更名为苏-32MF，字尾的MF表示“多用途战机”之意。2000年，苏-32FN与苏-32MF统一命名为苏-32，成为外销型“鸭嘴兽”。而俄国本土版“鸭嘴兽”也将是苏-32多用途型的规格，但仍称为苏-34或苏-27IB。
多用途“鸭嘴兽”的发展相当缓慢。T-10V-4、6、7、8的建造周期都超过30个月，其中T-10V-8拖到49个月之多。过程虽然拖很长，但并不是用在战机改良，而是在找“财源”。为了加快已经落后的雷达研制进度，苏霍伊设计局在2000年开始将一架图-134Sh改装成苏-34的机首，以测试其雷达，该机于2001年6月首飞并参加了当年的莫斯科航展。2003年出厂的T-10V-8算是最完整的量产规格多用途版本，在这之后“鸭嘴兽”的命运才明朗化。
2003年：国家级试验
2003年6月，苏-34通过第一阶段国家级试验，内容包括试射各种武器（据称有70%为新武器），此阶段证实该机具备量产条件。同年11月，俄空军总司令米哈伊洛夫上将宣布将订购第一批10架苏-34。2003年12月20日，首架满足俄军新需求的苏-34量产型（T-10V-8）由鲁达卡斯与盖沃隆斯基首飞。稍后，T-10V-6（1997年出厂）与T-10V-7（2000年出厂）被改至T-10V-8的规格，并且与后者交付位于利佩茨克的空军战术飞行试验中心。
第二阶段国家级试验主要验证作战能力，期间还经历2008年俄格战争，苏-34被派去进行防空压制，干扰了格鲁吉亚的防空系统，并以反辐射导弹摧毁格军主要的防空雷达。2010年，改良型苏-34加入国家试验，其配备了AL-31F-M1发动机以及TA14-130-35辅助动力单元。由于试验结果良好，因此俄军决定在2012年以后出厂的苏-34采用2010年版的改良方案：配备新的导弹、TA14-130-35辅助动力单元、AL-31F-M1发动机以及L-150雷达告警接收器。2011年秋，苏-34的国家级试验完成。不过，后续试验还在继续，以期进一步提升作战能力。
生产与服役
苏-27IB最初是由伊尔库茨克厂（IAPO）生产的苏-27UB修改而来，但在1988年决定将生产线建立在NAPO。除了因为NAPO有生产并列双座战斗轰炸机的经验，也因为苏-24即将停产，而预计在NAPO生产的T-60轰炸机也不知何时会完成。因此，为了维持与NAPO这一主力生产厂的关系，便将苏-34生产线设在NAPO。
虽然NAPO于1994年造出苏-34的量产机，但俄军根本没有订单，而且当时正逢解体后的大萧条时期，NAPO甚至发不出薪水。1998年，NAPO管理层甚至决定关闭某些生产线，改生产面包以发给工人，以这种非常艰难的方式勉强维持苏-34的生产能力。直到2003年6月苏-34完成第一阶段国家级试验，俄军明确表态采购苏-34，NAPO才算苦尽甘来。
2006年12月15日，首批2架苏-34正式交付俄罗斯空军战术试验中心。2008年12月18日，双方签约采购32架苏-34，合约要求2009年起分5年交机。2011年8月，俄空军总司令泽林上将指出俄空军最终会有超过120架苏-34。2012年3月1日，俄国防部长与苏霍伊伊公司总经理签约，增购92架苏-34，至2020年交付完毕。根据泽林上将的说法，到2020年俄空军会拥有124架苏-34，并且可能进一步增加到140架。另有资料指出，俄军到2015年会拥有70架苏-34，2020年达124架，占前线轰炸机部队的70%，剩余30%则为旧的苏-24系列。还有报道指出，俄军总共会需要400架苏-34。
至2011年年底，共有22架苏-34，包括7架原型机（机身编号42～48）与15架量产机。量产机中，2006―2009出厂的01～05号机以及2010年出厂的06～09号机都用于试验。2011年出厂的01～05以及10号机则出厂后直飞西部军区的第7000空军基地（12月12日交付前4架，22日交付剩余2架），成为俄军作战部队接收的第一个中队的苏-34。
2013年12月16日，苏霍伊伊公司交付4架苏-34，完成2008年的32架采购合约，并于同年12月24日再交付若干架（应为2架）。后者是属于2012年签订的92架合约（至2020年），至此完成2013年的14架总交货量。2013年夏天，苏霍伊伊公司斥资15亿卢布向无线电电子集团（KRET）采购的184套敌我识别系统就是用于这92架战机。2013年12月26日有媒体报道，苏-34的机上系统采购自200多个企业，占战机造价的75%。新西伯利亚厂方面指出，虽然货源多样，但厂方已能良好的整合，目前已达14～16架的稳定年产量。
2014年的交机状况为：6月10日3架，7月18日3架，10月15日6架，12月8日4架。至此完成年度计划量，后又进一步在12月22日额外交付2架。其中，前15架布署在559轰炸机团Morozovsk基地，使该基地的苏-34达到标准的24架规模。至此，苏-34共生产65架（含8架原型机）。据俄军工界消息指出，12月22日额外交付的2架苏-34并不属于2015年生产计划中，2015年仍会再生产18架苏-34。
相当有趣的是，目前的第五代战机以及苏-35是在2000年后重新启动计划，与苏联时期的计划几乎已没有关联。然而，苏-34却没有经历类似苏-35的大改，基本上只是将90年代中期的多用途计划落实而已。因此，苏-34可以说是苏联末期的航空计划中“命格最硬”的一种。这一方面也反映苏-34这一等级的战机对俄军的重要性：不在乎先进与否，只在乎赶快拥有。 新资料显示，苏-34的价格是10亿卢布（约合3333万美元），而在2005年前后是8.6亿卢布（约合不到3000万美元）。通常俄军采购价是外销价的1/2～2/3，由此换算的外销价格相当于4500～6000万美元。2000―2005年，苏-30MKK外销价格约5000万美元，苏-27SKM给印度尼西亚的价格约3500万美元。由此可见，苏-34相比之下并不便宜，印证了十几年前“苏-34相当昂贵”的报道。但以现代重型战斗轰炸机、多用途战机动辄将近8000万～1亿美元的报价来看，苏-34却是十足的物美价廉。
改良型发展
最早出现在报道上的改良型有电子战型与侦察型。据2012年俄空军总司令访谈，其在合约上加上了发展后续型号的要求，其中包括发射战略武器的可能性。他特别强调，计划让苏-34成为战略核打击部队的一员，并相信苏-34在这方面是良好的平台。单单苏-34有舒适、适合长时间飞行的座舱这一点，就让其相当适合担任专业电子战战机、侦察机以及准战略轰炸机，而接近战斗机的飞行性能又让其相对难被发现并摧毁。
屡创世界纪录
由于其他国家没有类似的战机，因此苏-32动不动就创世界纪录。与当年F-15、P-42创纪录不同的是，苏-32是在完全没有改装的情况下创纪录的，往往只要一起飞就是一笔记录。
1999年7月28日，苏霍伊设计局60周年庆，试飞员IgorVotintsev与导航员AlexanderGaivoronsky在阿赫图宾斯克机场驾机携带5000千克挂载飞至14727米高空，此次起飞重36160千克，归入起飞重35～45吨喷气机类纪录（classC-1-I，group3）。此次飞行还另外创三项纪录：负重1000千克高飞、负重2000千克高飞、携重物爬至2000米高。 叙利亚战场上的苏-34
1999年8月3日，试飞员VyacheslavPetrusha与导航员亚历山大・欧雪可夫于契卡洛夫国家飞行试验中心创两项纪录：带5129千克爬至2000米，以及带5000千克爬至15063米。此次起飞重量34130千克，归于起飞重25～35吨喷气机类（classC-1-K，group3）。
1999年8月19日，莫斯科航展期间，试飞员伊格尔?索罗夫优夫与导航员弗拉狄米尔・山卓克创三项纪录：飞行于16206米并负重1000千克与2000千克，负重2330千克爬升至15000米，归入起飞重35～45吨喷气机类纪录（classC-1-I，group3）。
至2000年3月29日，上述纪录中有5项经FAI认证为世界纪录。
其他重要服役纪录
2009年3月28日，俄罗斯前总统梅德韦杰夫视察库宾卡基地，参观了图-160、苏-27SM、米格-31BM、S-300、S-400等最新装备，之后搭程苏-34进行约半小时的体验飞行。
2010年6月，苏-34为参加在远东的“东方”-2010中、俄联合军演，由利佩茨克基地直飞演习区，实现8000千米，约8小时的不着陆飞行（中途进行两次空中加油），创下前线轰炸机部队不着陆飞行距离记录。当时，远东军区空军与防空军发言人指出，一般前线轰炸机飞行时数最多2.5～3小时。
2014年8月，西部军区的4架苏-34由沃罗聂日地区直飞2500千米，抵达摩尔曼斯克地区的军事机场。之后由后者起飞，飞越北冰洋、北极并返回，中途进行2次空中加油。整个训练过程为期3天，总飞行里程超过50000千米，每架战机滞空时间约20小时。
