苏-34战斗轰炸机由苏联苏霍伊设计局研制，最早型号为代号苏-27IB试验机，其试验机在1990年4月首飞，预生产型于1993年12月18日首飞。原预计在2002年全面列装，但是因为苏联解体导致的资金不足，直到2007年7月俄罗斯国防部才宣布正式接收。苏-34战斗轰炸机继承了苏-27战斗机家族优异的气动外形设计，最大特征是其扁平的头部，原因是其采用了并列双座的设计。
使得其头部加大，同时为了减小体积而将头部设计成扁平，并采用了许多先进的装备，如新型火控计算机、液晶显示器、新型数据链、后视雷达等。是苏联/俄罗斯一型高机动性、全天候、超音速、双发双座战斗轰炸机。苏-34保留了苏-27UB的总体气动布局，但机身结构是全新的，这是为了能在前机身和机鼻部分塞进并列双座座舱和体积庞大的电子设备和更多的燃油。
苏-34具有与苏-33舰载型类似的鸭翼，同样还沿用了苏-33式样的前缘边条，但增加了一条尖锐边缘以产生稳定涡流作用在垂尾上，提高大迎角飞行时的偏航稳定性。苏-34的全新双轮前起落架向后收起，收起方向与苏-27相反。主起落架安装了串列双轮以支持增加的着陆重量，并能在粗糙铺装跑道上起降。
苏-34能在海平面以1400公里/时的速度狂奔。机身结构坚固，结合系统冗余设计后能有效抵御从轻武器到高能导弹战斗部破片。座舱内的乘员被钛“浴缸”包围，保护他们不受直接伤害，一些重要系统也有相应的保护。苏-34能挂载更多种类的空面制导武器。弹药可挂在机身的4个外挂点、翼下的6个外挂点、以及翼尖的两个外挂点上。
挂载制导炸弹时，苏-34可一次挂载6枚500千克KAB-500L或三枚1500千克KAB-1500L激光制导炸弹，或相应的KAB-500Kr和KAB-1500Kr电视制导改型。苏-34具有强大的反舰能力，可一次挂载6枚3马赫的反舰导弹。苏-34最重要的航电系统为头部的V004雷达，提供了丰富的空面和空空模式。雷达为远程探测和跟踪地面和海面目标进行了优化。
2015年6月4日约16时30分左右，在俄罗斯沃罗涅日区布图尔利诺夫卡机场一架苏-34在准备降落时滑出跑道并翻覆，从事故现场的图片来看该机整个倒栽在地上，主体结构受损严重，修复的可能性不大。这也成为了第一架因为事故而退出服役的苏-34。
2015年9月6日，鉴于叙利亚局势持续动荡，俄罗斯宣布派遣空中力量进驻叙利亚，其中包括6架苏-34在内的俄罗斯空军单位于9月30日前后陆续抵达叙利亚，执行对ISIS的空中打击任务。 2015年11月24日，苏-24遭到土耳其击落事件发生后，俄罗斯空天部队发言人伊戈尔·克利莫夫称，将要求在叙执行任务的苏-34加挂空空导弹，为避免苏-24事件再次发生。
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