La conception d'un dérivé du Su-27 à poussée vectorielle débuta par la modification d'un Su-27 en Su-27LL-PS possédant une unique tuyère orientable. Puis, on choisit la cellule du T-10M-11, le onzième prototype du Su-35 codé 711 produit en 1993 dans l'usine KnAAPO de Komsomolsk-sur-l'Amour. Il a effectué son premier vol le 12 avril 1996 entre les mains du pilote d'essai Evgeni Frolov. Au cours des vols suivants, l'appareil a accompli différentes figures qu'aucun avion au monde n'est capable d'accomplir. Ce résultat est obtenu par la haute instabilité de l'appareil et ses réacteurs à poussée vectorielle. Les tuyères sont montées chacune sur une pièce circulaire en acier leur permettant une inclinaison dans l'axe du tangage de +/- 15 degrés contrôlé par des commandes de vol électriques.
Le prototype '711' s'est écrasé 19 décembre 2002 par la suite d'un blocage du stabilisateur droit, le pilote s'est éjecté sans aucun problème. Le deuxième prototype du Su-37 (712) aurait volé dans le courant de l'année 1998.
