在千年之交第一代苏-35参加了韩国和巴西空军的战斗机招标，但是没有斩获。现在看来第一代苏-35更像是一个研究项目，采用了复杂的三翼面布局和当时还不成熟的矢量推力喷管，不过苏霍伊在老苏-35上获得的经验为苏-27未来的发展打下了坚实基础。
进入新世纪的第一个十年里，苏霍伊开始研制更为实用的苏-27现代化改型，这就是第二代苏-35。苏霍伊把大幅改进的新一代苏-35多用途战斗机视为苏-30MK和第五代隐身战斗机的过渡机型，定义为使用了第五代技术的第4++代战斗机，认为该机的性能优于世界上现有及研制中的所有第四代战斗机。2007年第一架新苏-35原型机在阿穆尔河畔共青城航空生产联合体下线，随后出现在同年的莫斯科航展上。
那么新苏-35有什么不同之处？首先这种战斗机更加重视使用寿命，试图推翻俄制飞机寿命较短的恶名。苏-35改进了机身结构，使用寿命延长至6000小时，相当于服役30年，之后还能通过翻新再获得1500小时的机身寿命，相当于再服役10年。
第二架苏-35原型机的碎片迷彩，在俄罗斯的冬季森林上空伪装效果很好
其次苏-35保留了苏-27的基本气动布局，没有采用苏-30MKI和老苏-35那样激进的三翼面布局。并且采用了全数字化操纵系统，三轴操纵都通过电子信号进行，完全取消了机械备份系统。值得一提的是苏-35取消了苏-27背上的减速板，因为新的操纵系统可在需要减速时可控制双垂尾的方向舵同时内偏，完全不需要减速板。
苏-35最大载弹量8吨，有12个外挂点，可以挂载各种先进的俄罗斯制导武器。此外因为起飞和降落重量的增加，苏-35还采用了双轮前起落架。同时为了减小X波段雷达照射下的反射面积，苏-35在机身前向±60度范围采用了吸波材料。
莫斯科科学生产联合企业负责研制苏-35的新型综合操纵系统，该系统可同时完成几个子系统的功能——远程控制、自动控制、操纵信号限制、空气数据系统、刹车系统等，有助于增加飞机的操控和机动性能。
苏-35的另一项重大改进就是安装了由土星科研生产联合体研制的117S发动机。117S可被看做使用第五代战斗机技术进行升级的AL-31，更换了新的风扇、高低压涡轮，数字控制系统，以及在苏-30MKI上验证成熟的推力矢量喷管。
117S的最大加力推力比Al-31F增加了16%，为14500千克，最大军用推力也有8800千克。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。
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
雷宾斯克的土星联合体和乌法的发动机生产联合体共同负责117S发动机的生产，2007年初首台生产型样机交付共青城，安装在了第一架苏-35原型机上。
苏-35安装了以信息管理系统（IMS）为核心的全新航电，在这一复杂系统中集成了功能、逻辑、信息和软件子系统，以确保完美的人机交互。IMS由两台中央数据计算机、一套通讯和信息系统，以及“全玻璃座舱”显示系统构成。
苏-35座舱显示系统的核心是两台全彩色多功能液晶显示器、一个多功能显示面板，一个可视角度20x30度的广角平显以及相关的控制和显示面板。拉缅斯科耶仪器设计局和技术科研生产联合体研制了苏-35的多功能显示器和其他一些航电。
两台多功能显示器并列排列，尺寸为9X12英寸（对角线15英寸），分辨率为1440x1050。显示器具有多窗口模式，可用于接收、处理、显示图像、数字、字母和符号信息，可以显示机载电视传感器的视频，并叠加上数字、字母和符号的相关信息。此外显示器还能把显示内容以数字格式储存在数字式录像机中。座舱面板左下方的多功能显示面板周围有一圈输入按钮，飞行员可在飞行中通过按钮获取信息及输入指令。
苏-35的全玻璃座舱，可以看到两个尺寸很大的多功能显示器