En 1998, Soukhoi décida d'améliorer le Su-33, notamment augmentation ses capacités offensives. Les qualités aérodynamiques furent augmentées grâce notamment à l'adoption d'une aile dite 'intelligente' modifiant d'elle même son profil, son bord d'attaque est 'souple' (une première pour un chasseur). La surface de la voilure, des empennages et des plans canards a été augmentée. L'équipage se compose désormais de deux membres assis côte-à-côte, la capacité en carburant ayant augmenté, la distance franchissable à augmenté de 20 %. Les réacteurs sont désormais à poussée vectorielle. L'équipage bénéficie d'un système de retraitement de l'air et a à sa disposition divers systèmes d'acquisition des objectifs. Il a effectué son premier vol le 29 avril 1999 et à effectué son premier appontage le 6 octobre 1999.