Do zakończenia produkcji w 1965 zbudowano jedynie 108 Su-11Większość publikacji podaje 108 samolotów, natomiast na stronie internetowej zakładu producenta NAPO podana jest liczba 72 wyprodukowanych samolotów www.napo.ru.
Użycie Pierwsze Su-11 trafiły do 393 pułku myśliwskiego pod Astrachaniem w lecie 1964 w miejsce Su-9. Pozostałe weszły do służby w 1965, zastępując Su-9 także w pułkach moskiewskiego okręgu: 790. w Chotiłowie i 191. w Jefremowie. Na skutek zebranych już doświadczeń z produkcją i eksploatacją zbliżonego Su-9, konstrukcja Su-11 została w większym stopniu dopracowana i jego awaryjność była od początku znacznie mniejsza.
Su-11 miał podobne dobre charakterystyki lotne, jak Su-9, miał też jego wady, jak trudne lądowanie, nieco mniejsza była prędkość maksymalna i pułap. Taktyka wykorzystania samolotów była podobna – w zasadzie służyły do zwalczania bombowców i pocisków skrzydlatych na średnich i dużych wysokościach, z tylnej półsfery, lecz pociski rakietowe R-8M dawały większe możliwości, niż w Su-9, w tym ataku celów lecących wyżej. Bardziej efektywne było też ich naprowadzanie.
Podobnie jak Su-9, samolot mógł być naprowadzany z ziemi według komend systemu Wozduch-1, za pomocą aparatury pokładowej Łazur (ARŁ-S).
Nie jest znane ewentualne użycie bojowe.