Корабельный истребитель трамплинного взлета и аэрофинишерной посадки Су-33, кроме того, способен обеспечивать боевые действия других видов авиации ВМФ (корабельной, морской ракетоносной, противолодочной и авиации обеспечения, включающей самолеты и вертолеты радиолокационного дозора); уничтожать противолодочные самолеты и вертолеты противника в районах развертывания и действия подводных лодок, самолеты-разведчики (в том числе и ДРЛО), транспортные самолеты (вертолеты), крылатые ракеты, а также беспилотные летательные аппараты корабельного и берегового базирования; вести воздушную разведку штатными бортовыми средствами; осуществлять постановку морских мин.
Самолет выполнен по схеме «триплан» с передним горизонтальным оперением. Его планер создан по интегральной аэродинамической схеме, при которой крыло и фюзеляж образуют единый несущий корпус.
Используется автоматически отклоняющаяся механизация передней и задней кромок крыла для полета по огибающей поляр.
В отличие от истребителя Су-27, самолет Су-33 имеет складывающиеся консоли крыла и стабилизатора для уменьшения поперечного размера в походном положении; посадочный гак для захвата приемного троса аэрофинишера (в хвостовой части), систему дозаправки топливом в полете; переднее горизонтальное оперение, установленное на наплыве крыла; изменения в конструкции головной части фюзеляжа, улучшающие обзор летчика, а также в форме хвостового контейнера. Усилено шасси, носовая стойка имеет два колеса, по сравнению с самолетом Су-27 изменена форма хвостового контейнера, крыло и горизонтальное оперение складные. Вместо флалеронов применен двухсекционный закрылок. Самолет имеет 2 турбореактивных двигателя АЛ-31Ф в морском исполнении (АЛ-31К).
Су-33 оснащен системой управления вооружением с импульсно-доплеровской РЛС (обеспечивает сопровождение на проходе, поиск и сопровождение целей на фоне земли, воды); оптико-электронным локатором с нашлемной системой целеуказания (оптическая головка локатора для улучшения обзора смещена вправо); электродистанционной системой управления с четырехкратным резервированием; автоматической системой ограничения допустимого угла атаки и предельной перегрузки; катапультным креслом К-36 с увеличенным углом наклона спинки (в аварийной ситуации на малой высоте обеспечивается автоматическое катапультирование без участия летчика).
Установлено вооружение: пушка ГШ-301 (30 мм, 250 патронов); до двенадцати УР класса «воздух-воздух», в том числе УР средней и промежуточной дальности Р-27 и Р-77 различных модификаций, ракеты малой дальности Р-73, свободнопадающие бомбы. На подфюзеляжном узле может размещаться сверхзвуковая противокорабельная ракета типа «Москит».
Под фюзеляжем возможна подвеска системы дозаправки в воздухе УПАЗ (в этом случае самолет способен передавать другим истребителям до 6000 кг топлива). Общая масса боевой нагрузки на внешних узлах подвески — 6500 кг.
Базируется на тяжелом авианесущем крейсере «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов». ВМС к 1995 г. передано 24 серийных истребителя.
Су-27ПУ (Су-30) — самолет наведения и целеуказания. Создан на базе Су-27УБ. Описание приведено отдельно.
Су-27М (Су-35) — многоцелевой истребитель. Описание приведено отдельно.
П-42 — рекордный самолет.
Су-27УП — учебно-патрульный самолет для ПВО. Установлена система дозаправки топливом в воздухе Су-27СК, Су-27СМК — экспортные варианты истребителя Су-27.
Су-27ИБ — прототип истребителя-бомбардировщика Су-34. Описание приведено отдельно.
Базовый Су-27 выполнен из металлов с большой долей титановых сплавов Интегральная конструкция крыла и фюзеляжа с большими наплывами позволила увеличить внутренний запас топлива, поэтому отпала необходимость в подвесных топливных баках.
Крыло самолета имеет стреловидность по передней кромке около 45°, с почти прямой задней кромкой, повышающей эффективность закрылков и элеронов Большие передние наплывы в корневой части крыла увеличивают подъемную силу и улучшают его свойства на больших углах атаки, а также благоприятно влияют на работу воздухозаборников двигателей. Крыло оснащено автоматически отклоняющейся механизацией передней и задней кромок, а также воздухозаборником, обеспечивающим защиту двигателей от попадания посторонних предметов.
Самолет оснащен двумя турбореактивными двигателями АЛ-31Ф с максимальной тягой по 12500 кгс Они устойчиво работают на режимах глубокого помпажа воздухозаборника на числах М«2 в условиях плоского, прямого и перевернутого штопора.