1986年6月，苏霍伊设计局开始设计一种全新的战术轰炸机，目标是在90年代中期开始取代可变翼的苏-24/24M“击剑手”战术轰炸机。这种飞机是在苏-27“侧卫”基础上研制的，一开始被称为苏-27IB。第一架原型机内部代号T10V-1（42号），沿用了苏-27UB“侧卫-C”的基准机身，但是装上了全新的具有扁平机头的前机身，也就是因为这个机头，该机从此获得了“鸭嘴兽”的非官方绰号。T10V-1在设计局的莫斯科实验工厂里完成了总装，1990年4月13日在莫斯科附近的茹科夫斯基机场首飞，试飞员是苏霍伊的阿纳托利·伊万诺夫。
第二架原型机T10V-2（43号）的机身设计更加细化，与后来的续预生产和生产型大体类似。该机在新西伯利亚飞机制造厂（NAPO，2013年成为苏霍伊公司的一部分）组装，于1993年12月18日首飞。尽管该项目受到军方的高度重视，但是由于苏联解体后的动荡以及项目资金不足使“鸭嘴兽”的研制和测试进度被严重延误。到21世纪初，苏霍伊只制造出6架试飞用机，两架原型机和四架预生产飞机，测试机数量不足致使国家联合测试和评估项目旷日持久。这4架用于试飞和评估的预生产型飞机是T10V-4/-7（44-47号），陆续于1994年12月-2000年12月间首飞。
随着俄罗斯经济的逐渐复苏，2006年，阿赫图宾斯克的俄罗斯空军第929国家飞行试验中心用6架试飞用机完成了第一阶段国家联合试飞和评估。其中，01和03号参加了国家试飞，02、04和05号机则去利佩茨克参加了第4战斗应用和飞行人员再培训中心的作战评估，内容包括发展新战术、操作技术和条令，此外，这3架飞机还被用于首批苏-34机组的改装训练。 2007年俄罗斯空军开始接收苏-34，总计订购了124架，接收数量逐年攀升，2013年接收19架，2014年接收18架，截止2015年底，俄罗斯空军约装备了87架苏-34。
