苏-35在外观上看起来与苏-27十分相似，但内部已经经过了彻底重新设计。
苏-35最初只是个出口型战斗机项目，由苏霍伊及其合作伙伴自行出资研制。苏霍伊公司在2003年12月的迪拜航展上首次公布了苏-35的模型，该机一开始被叫做苏-35BM（BM代表重大现代化），以示与之前老苏-35（苏-27M）的区别，不过苏霍伊很快就抛弃了BM后缀。
苏-35抛弃三翼面布局标志着俄罗斯在航电和推力矢量技术上的进步
取消鸭翼
苏-35项目在苏-27问世30年后才启动，在设计上修正了原机的许多缺陷，在结构制造上也采用了新型轻量化材料，同时取消了苏-27M和苏-30MKI上的鸭翼。取消三翼面布局有几个原因，第一是随着俄罗斯航电技术的进步，苏-35机鼻的雷达已不再超重，即使不用鸭翼也能保证静不稳定性。第二是在静不稳定性得到满足的前提之下，鸭翼反而成为提高机动性的阻碍。苏-35通过矢量喷管来大幅提高机动性，通过偏转发动机喷流能在机翼周围产生额外的超级循环气流，显著提高机翼在大攻角下的升力，所以鸭翼的原始优点已经消失殆尽，强行安装只能徒增重量和阻力。于是被“侧卫”家族使用多年的三翼面布局被苏-35抛弃，恢复到苏-27的经典气动布局。在外观上，两者最明显的区别是苏-35取消了苏-27机背的大型减速板，通过向外差动方向舵减速。此外，苏-35还具有全新的四余数字线传飞控系统。
苏-35取消了机背的大型减速板，改用方向舵同时外偏来减速
新发动机
“侧卫”的标准动力装置是两台AL-31F发动机，单台加力推力122.5千牛（12.5吨）。在苏-27服役的漫长岁月里，AL-31F的主要改进在于改善操控特性和延长使用寿命，除了少数增推型外推力保持不变。在苏-35上，苏霍伊设计师为该机选择了推力更大的新型发动机。苏-35的研制与苏霍伊T-50 PAK FA第五代战斗机同步进行，后者安装两台AL-41F1（产品117）发动机，于是苏霍伊也给苏-35装上了经过略微改动的AL-41F1S（产品117S）发动机来配合苏-35的新飞控系统。AL-41F1/F1S是AL-31FP的重大改进型，具有更大直径的932毫米风扇（AL-31FP是902毫米），应急模式下加力推力达142.2千牛（14.5吨）。2004年3月5日，苏-27M 710号原型机在右侧发动机舱安装一台AL-41F1S发动机开始试飞。
117S的寿命比Al-31F大幅提高了2~2.7倍，如第一次大修时间提高到1500小时，此后的大修间隔时间也从500小时提高到1000小时，依据使用条件能达到1500~4000小时的设计寿命，这对俄制发动机来说也是重大飞跃
苏-35在设计上的最大亮点是KPrNO-35瞄准导航系统，通过一台中央计算机和两台Baget-53计算机把火控和导航系统以及所有传感器完全综合在一起。该系统的集成工作由苏霍伊公司进行，而在过去，苏霍伊战斗机的火控和飞行导航系统通常由拉缅斯科耶仪器设计局（RPKB）负责集成。PAK FA的航电架构与苏-35相似。
苏-35的主要改进体现在集成在KPrNO-35瞄准导航综合系统上
“雪豹”雷达
苏-35的Sh135“雪豹”（出口型是“雪豹-E”）无线电定位系统由N135雷达和“希比内-M”电子对抗套件组成。N-135雷达是提赫米洛夫仪器制造研究院的得意之作，是苏-30MKI N011M雷达的进一步改进型，研制成功后由梁赞国有仪表厂（GRPZ）生产。该雷达系统具有无源相控阵天线阵列和两台计算机，分别是进行初步信号处理的Solo-35.01和进行数据处理和雷达控制的Solo-35.02计算机，并集成有4283MP型敌我识别应答机。与苏-30MKI的“豹”雷达相比，“雪豹”具有更广阔的工作频率和更大的搜索角度（通过改进天线和使用两级机械驱动机构，使雷达在机鼻两侧的扫描角度高达+/-125度），同时增大了探测距离（发射功率更大），改进了抗干扰性能，提高了分辨率。“雪豹”雷达的合成孔径模式能分辨出地面集群中的单个目标，例如“雪豹-E”可以分辨出50公里外间距50-100米的单个地面目标。
“雪豹-E”雷达的苏霍伊宣传资料
通过改进天线和使用两级机械驱动机构，使雷达在机鼻两侧的扫描角度高达+/-125度
对空方面，“雪豹-E”能够同时跟踪多达30个空中目标，并对其中8个进行性连续跟踪，精度足以同时引导8枚中距空空导弹实施攻击。但在发射半主动制导空空导弹时，由于需要雷达对目标进行持续照射，所以只能同时攻击两个目标。对地方面，“雪豹-E”可同时攻击4个地面/海面目标。
“雪豹-E”在20千瓦峰值功率输出下的所谓远程探测模式（标准运行功率是5千瓦）中，其窄扇区搜索模式能发现350-400公里外的迎头战斗机大小目标，尾追是150公里。正常搜索模式的探测距离减半。
卡卢加无线电工程研究所（KNIRTI）研制的L-265M10R“希比内-M”电子对抗套件由探测和对抗部分组成。“希比内-M”套件中工作在最常见高频波段（H-J波段）的组件都内置于机身，需要时还可在翼尖安装两个干扰吊舱覆盖中频波段（E-G波段）。
和苏-27系列一样，苏-35的OLS-35红外搜索与跟踪传感器也安装在风挡玻璃之前。这个传感器由莫斯科的精密仪器系统科研和生产公司（NPK SPP）研制，由中波长红外线（3-5μm波长）传感器和共用光学组件摄像机、激光测距仪和目标指示器组成。反射镜扫描角度为左右+/-90度，上下-15/+60度，尾追可从90公里外发现苏-30尺寸的目标，迎头是35公里，可同时跟踪4个空中目标。激光测距仪对空中目标的测距范围从200米-20公里，对地面目标的最大测距范围是30公里。飞行员佩戴乌克兰兵工厂公司制造了“苏拉-M”头盔瞄准具，目前正被俄制NSTs-T瞄准具取代。