1982年8月28日，尼古拉·萨多夫尼科夫驾驶T-10-3原型机310号从T-1甲板上完成首次滑跃起飞
T-2甲板高5.6米，长53.5米，宽17.5米，坡度14.3度，与“库兹涅佐夫”号完全相同。
1984年9月1日，T-10-25原型机开始利用T-2甲板进行滑跃起飞和拦阻降落测试。
T-10-25的拦阻降落测试
T-10-24在T-2上的滑跃起飞
苏霍伊设计局同时开始以苏-27为基础研制苏-27K舰载战斗机，与中央流体力学研究院联合研究了全新的三翼面气动布局，能在飞机起降时降低攻角，提高安全性。与标准苏-27相比，苏-27K还取消了减速伞，缩短了尾椎，在尾椎下方增加粗壮的尾钩，加强起落架，前起落架改用双轮构型并采用长冲程减震器。为了降低着舰速度，苏-27K机翼后缘内侧具有大型开缝襟翼，外侧副翼在起降时也能下偏增升。
苏-33机翼后缘的大型开缝襟翼
由于“库兹涅佐夫”号机库面积较小，所以缩小苏-27K的停放占地面积至关重要，此外该机还需要与尺寸较小的米格-29K竞争，迫使苏霍伊设计局寻求一切可能的方法来减少苏-27K的停放占地面积。最后，该机的外翼部分、平尾、雷达罩（向上折叠）和尾椎都能折叠。
“库兹涅佐夫”长久以来一直深受机库空间过小的困扰，这限制了航母的舰载机数量
苏-27K的火控系统与苏-27的S-27基本相同，只对软件进行了修改，并结合了RLPK-27K（N001K）雷达、OEPS-27K光电瞄准系统以及OLS-27K红外搜索和跟踪传感器。此外，该机导航系统中还增加了“电阻器-K42-BORT”系统，可全自动或手动着舰进近。该机的12个挂点可挂多达6.5吨的武器和外挂物。
苏-27K的弹药种类也大体类似苏-27，其中主要空战武器是R-27和R-27E（中远距/远距）和R-73（短距）空空导弹。
苏联人曾计划专门为苏-27K研制R-27EM（M代表海上）空空导弹，具有RGS-31半主动雷达引导头，专用于在海上攻击低空飞行的目标（如“战斧”和“鱼叉”巡航导弹）。但该项目在1991年因苏联解体而被取消，甚至还未开始测试。
苏-27K保留了内置GSh-301机炮，该机是一种纯粹的舰队防空和空中优势战斗机，不具备发射精确制导空地武器的能力。
1987年8月17日，维克托·普加乔夫驾驶第一架苏-27K T-10K-1原型机37号首飞成功。
1989年11月1日，普加乔夫驾驶一架苏-27K首次降落在黑海的“库兹涅佐夫”号航母上，和当天的一架米格-29K和苏-25UTG一起完成了苏联海军固定翼飞机历史性的首次上舰。
1989年11月1日，苏-27K的首次着舰
苏霍伊莫斯科实验工厂制造了头两架苏-27K原型机——T-10K-1和T-10K-2，接下来共青城在1990-1991年间制造了7架用于试飞的预生产型——T-10K-3至T-10K-9。最后俄罗斯海航在1993-1996年接收了另外26架生产型飞机。
苏-33 T-10K-4原型机
苏霍伊设计局从20世纪90年代初就一直混合使用苏-27K和苏-33的编号，在经过多年的测试和改进后，苏-27K在1998年8月31日正式进入俄罗斯海军航空兵服役，同时明确了该机的正式编号是苏-33。
伙伴加油
苏-33在机腹挂UPAZ-1K空中加油吊舱后能作为加油机进行伙伴加油。UPAZ-1K吊舱内容纳有26米长的52毫米直径软管，燃料泵流量达每分钟2300升。吊舱头部的空气冲压涡轮可自行驱动软管收放和燃料泵，无需载机提供外部动力。
UPAZ-1空中加油吊舱
对于“库兹涅佐夫”号航母来说，舰载战斗机具备空中加油能力是非常重要的，因为该舰没有蒸汽弹射器，舰载机只能滑跃起飞，这限制了飞机的最大起飞重量。
苏-33在必要时可以减油全副武装起飞，升空后再进行空中加油。苏-33的最大滑跃起飞重量据说只有26吨，这意味着以正常载油量计算的话只能挂4枚空空导弹滑跃起飞。
